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DIRECTPROCESS
Big-Data fürs Dickschiff
Maritim 4.0 – Chancen und Herausforderungen
SICHER AUF KURS IM BINÄREN MEER
„WER ÜBER MARITIM 4.0 SPRICHT
MUSS SEINE HAUSAUFGABEN MACHEN“
DOPPELT UND
DOCH NICHT ÜBERFLÜSSIG
Bildquelle: botulinum21 – Fotolia
VON DER BRÜCKE BIS ZUR BILGE
WAGO-Automation löst praktisch jede maritime Herausforderung –
im Schiffbau wie bei Offshore-Anlagen
• Voller Betrieb auf der Brücke bis in den Maschinenraum, „Kompass“-Zertifikat (BSH)
• Alarm-Monitoring-Systeme/Tankballast- und Cargomanagement
• Kabinenautomation, Energieversorgung und Antriebssteuerung
• Medienredundante ETHERNET-Kommunikation
www.wago.com/ship
EDITORIAL
FREIE RESSOURCEN
REVOLUTIONIEREN DEN MARKT
Liebe Leserinnen, liebe Leser,
für ein Gros der Akteure im Schiffbau und -betrieb
waren die ersten beiden Quartale dieses Jahres
alles andere als ein Highlight: Das erste Halbjahr
2016 glänzt mit den niedrigsten Neuauftragsraten
seit Jahren und den niedrigsten Frachtraten seit
1981. Bei Reedereien und Werften erzeugen diese
Entwicklungen einen gewaltigen Konsolidierungsdruck, der aller Voraussicht nach mit der brancheneigenen Verzögerung von ein bis zwei Jahren auch
auf die Zulieferer durchschlagen wird.
Zeit, schwarz zu sehen? Sicherlich nicht! Viel mehr
die Chance, die Dinge gänzlich anders zu machen
als bisher. Wer seine Ressourcen nicht auslasten
kann, hat den Freiraum, über den Tellerrand zu sehen
und Bestehendes in Frage zu stellen. Auch für den
traditionell äußerst konservativen Schiffbau ist nun
möglicherweise nicht nur die Zeit reif, sondern auch
die Notwendigkeit besonders hoch, Innovationen
zu treiben. Einige vielversprechende Technologien,
Ideen und Ansätze, warten nur darauf, zu Wasser
gelassen zu werden: Viel beschworene Heilsbringern
wie „Internet of Things (IoT)“ und Big-Data könnten
so viel schneller als erwartet Einzug in die Schifffahrt
halten; und das mit Recht – haben Sie doch das
Potential, den Markt zu revolutionieren.
Denken wir darüber nach, wie sich die Unmengen an
Daten aus Antriebsmaschinen und Alarm- und Monitoringsystemen zur Senkung der Frachtkosten nutzen
lassen! Vielleicht werden unsere Gedanken althergebrachte Geschäftsmodelle stürzen? Gut! Sie werden
ebenso neue hervorbringen; ganz so, wie es uns die
Luftfahrt mit dem „Power per Hour“-Geschäftsmodell
der Motorenhersteller vorgemacht hat.
In Anbetracht der übervollen Auftragsbücher der
Kreuzfahrtwerften und Touristikunternehmen werden
sich unsere Gedanken vermutlich zu einem großen
Teil um die Fragestellungen in der Kreuzschifffahrt
drehen. Und ganz unabhängig davon, ob es dort oder
in anderen Bereichen einen „Maritim 4.0“ geben wird
oder weniger vollmundige Benennungen das Rennen
machen – in allen Wachstumsfeldern wird das Thema
Automatisierung eine nennenswerte Rolle spielen.
Schlussendlich ist sie eine der wesentlichen
Disziplinen von IoT und Big-Data.
Wir von WAGO werden in dieses Rennen unsere
derzeitigen Flaggschiffe schicken: unsere robuste
und qualitativ hochwertige Controllerfamilie PFC,
die über alle erforderlichen Schiffszertifizierungen
und Zulassungen für den Ex-Bereich verfügt. Wir
glauben, damit eine gute Plattform für künftige
Entwicklungen anbieten zu können; denn die
Linux®-Basis unserer Controller ist nicht nur
investitionssicher, sondern verfügt außerdem
über integrierte Schutzmechanismen gegen
Cybercrime – eine wichtige Voraussetzung für Ihre
Schiff-zu-Land-Kommunikation ebenso, wie für
die die Datenerfassung, -steuerung, -regelung und
Vernetzung Ihrer Teilsysteme an Bord.
Aber lesen Sie selbst, was wir schon heute für Sie
tun können und welche Gedanken wir uns gerne mit
Ihnen gemeinsam machen!
Viel Inspiration beim Lesen wünscht Ihnen
Norman Südekum
TITELTHEMA
Maritim 4.0 –
Chancen und Herausforderungen
Mit Maritim 4.0 checkt Big-Data aktuell auf den
großen Dickschiffen der Handelsschifffahrt ein.
Während Industrie 4.0 in der Fertigungsautomatisierung immer konkretere Formen annimmt,
werden die ersten cyberphysischen Systeme und
cloudbasierten Netzwerkstrukturen, die der Optimierung des Schiffbetriebs dienen sollen, jedoch
noch eine gewisse Zeit auf Kiel liegen, bevor sie
auf große Fahrt gehen. Vor allem die Schiffszulieferindustrie in Deutschland ist davon überzeugt,
dass sich mit Maritim 4.0 in der Handelsschifffahrt
enorme Effizienzgewinne erzielen lassen. Rosige
Aussichten für die Deutschen? Führen sie doch,
laut Zahlen des VDMA, weltweit die Liste der
Zulieferer an. Was bringt Big-Data der Schifffahrt
tatsächlich und welche neuen Herausforderungen
sind damit verbunden?
INHALT DIESER AUSGABE
MEINUNGEN
Editorial
Freie Ressourcen revolutionieren den Markt
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TITELTHEMA: Maritim 4.0 – Chancen und Herausforderungen
»Wer über Maritim 4.0 spricht, muss seine Hausaufgaben machen«
Interview mit Professor Dr. Karl-Heinz Niemann, Experte für IT-Sicherheit an der Hochschule Hannover
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Big-Data fürs Dickschiff
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Sicher auf Kurs im binären Meer
IT-Sicherheit auf Schiffen
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»Wir machen zu wenig aus den Daten, die wir sammeln«
Interview mit Andrea Grün, Senior Principal Engineer für elektrische Systeme und
Automation bei der DVN-GL
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ANWENDUNGEN
Sicher aufs Schiff und wieder herunter
Modulare Steuerungstechnik erlaubt, mit den Aufgaben zu wachsen.
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1,5 Kilotonnen am Haken – und das schwimmend
Heeling-Systeme von BESI aus Bremen halten Schiffe stabil im Wasser.
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„Adèle“ segelt mit modernster Automation
Frischzellenkur für Traditionssegler
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Umwelt schützen – Geld sparen
Fähren und Kreuzfahrer mit innovativer Technologie auf effizientem Kurs
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Und dann kommt doch der Griff ins Regal
Warum standardisierte Industrietechnik auch im maritimen Umfeld so viele Vorteile bringt
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TECHNOLOGIEN
Volle Flexibilität, mehr Sicherheit
Die neuen Industrial-Ethernet-Managed-Switches mit Schiffszulassung
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Doppelt und doch nicht überflüssig
Mit zwei parallelen Steuerungen die Verfügbarkeit erhöhen
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Modulare Steuerungstechnik erlaubt, mit den Aufgaben zu wachsen.
SICHER AUFS SCHIFF
UND WIEDER HERUNTER
TTS Marine aus Göteborg zählt weltweit zu den Topadressen für Heck- und Bugrampen,
bewegliche Autodecks sowie Türsysteme, Lastenaufzüge und Gangways für Schiffe und
Fähren. Gemeinsam mit WAGO haben die Schweden jetzt ein neues Steuerungssystem für
Ladetüren und Gangways entwickelt. Die offen konzipierte Lösung ist auf maximale Betriebssicherheit ausgelegt und bietet durch ihren modularen Aufbau Zukunftssicherheit
für Modernisierungen, Updates und Erweiterungen.
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WAGO DIRECTPROCESS | NR. 02 / 2016
Schnell und sicher: Rampen schaffen
die Verbindung zwischen Schiff und Kaianlage.
Anlegen, Ausladen, Einladen, Ablegen: Zeit ist
Geld im Fährverkehr und Fahrpläne sind eng
gesteckt. Damit sich die Ladezeiten auf ein
Minimum begrenzen lassen, setzen nicht nur
RoRo-Fähren auf Hochleistungsrampen von
TTS Marine. Das schwedische Unternehmen
liefert an marktführende Reeder und Werften
sowohl schiffsgestützte als auch landgestützte
Anlagen für den reibungslosen Ladebetrieb von
Personen, Fahrzeugen und Waren. Als zentrales
Steuerungssystem nutzt die schwedische Tochter des norwegischen TTS-Konzerns dabei seit
drei Jahren das WAGO-I/O-SYSTEM 750. Der
Entscheidung für die Automatisierungslösungen
von WAGO war ein umfassender Benchmark vorausgegangen, in dessen Rahmen vor allem die
Architektur des Steuerungssystems, seine Qualität und Verfügbarkeit sowie seine Zulassung
für den Einsatz im Schiffbau die wesentlichen
Rollen spielten.
„Wir wollten ein flexibles Steuerungssystem,
das sich später auf einfache Weise aktualisieren
lässt sowie einen Lieferanten mit globaler Präsenz“, erklärt Tobias Ahlberg, Sales Manager von
TTS Marine. „Unsere Ladesysteme reisen um die
ganze Welt und sind durchaus 25 bis 30 Jahre
im Einsatz; darum ist uns wichtig, dass die von
uns eingesetzten Produkte robust sind“. Und
zuverlässig, wie Ahlberg ergänzt, denn, weil die
Systeme von TTS Schlüsselpositionen bei der
Sicherheit von Schiffen einnehmen, könne man
sich keine Aus- oder Zwischenfälle leisten.
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ANWENDUNGEN | SICHER AUFS SCHIFF UND WIEDER HERUNTER
»Wir wollten ein flexibles
Steuerungssystem, das sich später
auf einfache Weise aktualisieren
lässt sowie einen Lieferanten mit
globaler Präsenz.«
Die Laderampen
von TTS Marine sind
international im Einsatz.
Schritt für Schritt zur optimalen Lösung
„Als wir uns die Lösungen von WAGO angesehen hatten, war die Entscheidung schnell
getroffen, zumal die Produkte von WAGO über
diverse Zertifikate maritimer Normierungsgremien verfügen“, erklärt Ahlberg. Von Null auf
100 in einem einzigen Kraftakt das komplette
System umstellen wollen, habe man dann aber
doch nicht gewollt, erinnert sich Ahlberg. „Und
grundsätzlich hat uns WAGO dazu auch gar
nicht geraten.“
Um gemeinsam ein Gefühl dafür zu bekommen,
welche Komponenten für welche Aufgaben am
besten geeignet waren, starteten TTS Marine
und WAGO den technischen Systemwechsel zunächst in kleinerem Maßstab. „Zunächst hatten
wir uns dafür entschieden, nicht alle Komponenten gegen WAGO-Teile auszutauschen“, erklärt
Martin Andersson, Design-Engineer von TTS,
der zuständig ist, von der Ausarbeitung des
elektrischen Systems über die Spezifizierung
von Komponenten und das Schreiben aller
Programme für die speicherprogrammierbaren
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Steuerungen bis hin zur Durchführung von Abnahmen. „Dadurch wurde WAGO nicht als Zwang
erlebt, sondern wir konnten uns zu jedem Zeitpunkt auf jeweils eine Sache konzentrieren. Nach
und nach haben wir dann das Sortiment erweitert
und verwenden nun auch das TOPJOB®S-Klemmenleistensystem und die Relais von WAGO.“
Gemeinsam die Schiffsindustrie erobern
Letztendlich, findet Andersson, bietet sich
das System von WAGO auch hervorragend für
ein solches Vorgehen an, weil es problemlos
modular erweitert werden kann und so mit den
Anforderungen der Kunden wachsen könne.
„Die offene Architektur der WAGO-Steuerungen
erlaubt es uns in Zukunft, über einfache Updates
neue Komponenten zu implementieren“, sagt
Andersson, der davon begeistert ist, dass die
Linux®-basierten Steuerungen offen für die Programmierung sind und sogar für Steuerungsaufgaben auf der Brücke zugelassen sind; denn auf
der sind die Anforderungen an die Störfestigkeit
beziehungsweise die Ansprüche an möglichst
geringe Störemissionen besonders hoch, weil
Ausfälle empfindlicher Systeme wie Funk- oder
Kompassnavigation sicher ausgeschlossen
werden müssen.
Große RoRo-Fähren lassen
sich im Inneren durchaus
mit einem mehrstöckigen
Parkhaus vergleichen.
Und was Andersson überdies schätzt: „WAGO
weiß, welche Technik wir bei der Entwicklung
von Steuerungssystemen brauchen, um auch
bei künftigen Aufträgen erfolgreich zu sein.“ Die
Zusammenarbeit der vergangenen Jahre habe
beiden Unternehmen neue Türen innerhalb der
Schiffsindustrie geöffnet.
TEXT FREDRIK HEDRÖD | TTS MARINE,
STEFAN WALL UND URBAN WASE | WAGO
FOTO WAGO
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ANWENDUNGEN | 1,5 KILOTONNEN AM HAKEN – UND DAS SCHWIMMEND
Heeling-Systeme von BESI aus Bremen
halten Schiffe stabil im Wasser
1,5 KILOTONNEN
AM HAKEN – UND
DAS SCHWIMMEND
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Mobilkräne haben es an Land vergleichsweise
einfach, stabil auf dem Boden der Tatsachen zu
bleiben; je nach Last die passenden Ausgleichsgewichte platzieren und in wenigen Minuten die
meterlangen Stützen hydraulisch ausfahren. Die
Logistikpraxis zeigt jedoch, dass sperrige und
vor allem schwere Transportgüter vornehmlich
auf dem Wasserweg ihr Ziel erreichen. Damit
stellt sich die Frage, wie es sich mit der Stabilität
von Kränen an Bord verhält – denn Wasser hat
bekanntlich keine Balken. Systeme aus Pumpen,
Ventilen und Ballasttanks halten Fracht- und
Arbeitsschiffe in Position. Sogenannte „HeelingPumpen“ verhindern das Krängen des Schiffskörpers bei ungleicher Lastverteilung. Für deren
Steuerung nutzen die Spezialisten von BESI
die PFC200-Controller von WAGO in Kombination mit dem I/O-SYSTEM 750 für Ex- und
Nicht-Ex-Bereiche.
MPV-Heavy-Lifter wie die BBC AMBER
sind darauf ausgelegt, sperrige wie
schwere Lasten zu transportieren.
Heeling-Systeme sorgen für Stabilität.
„MPV Heavy Lifter“ heißen sie – die Schiffstypen, die schon aus größerer Entfernung durch
mindestens zwei große Kräne an Deck eindeutig
zu erkennen sind. Konzipiert sind diese „Multi
Purpose Vessels“ als multifunktional einsetzbare
Schiffe für das Handling sperriger wie schwerer
Lasten. Zu ihren Frachten zählen nach Auskunft
von Michael Borchers, Geschäftsführer Technik
bei BESI, Raketenteile genauso, wie Turbinen
oder auch komplette Eisenbahnen. In einem
aktuellen Neubauprojekt erreichen die beiden
Kräne eines „MPV Heavy Lifters“ zusammen
mehr als 1500 Tonnen Tragkraft. Entsprechend
anspruchsvoll gestaltet sich der Krängungsausgleich auf solchen Schiffen.
„Das Schiff hat über den ganzen Rumpf verteilt
Ausgleichstanks, die von unserem System
schnell und präzise mit Ballastwasser gefüllt
oder entleert werden“, erklärt Borchers. Nur
so könne das Schiff beim Be- und Entladen
überhaupt in der Balance bleiben. Das Anheben
der Last und das Ausgleichen durch die Pumpen
erfolge dabei parallel. Entsprechend könne auch
der Ladeprozess nur so schnell sein, wie es den
sogenannten Heeling-Pumpen (heeling = Krängung) gelänge, den Gewichtsausgleich durch
Ballastwasser herzustellen – mit Blick auf kurze
Logistikzeiten sollte das allerdings so schnell
wie möglich sein, so Borchers.
Bei allem Anspruch an das Tempo muss das
Krängungsausgleichssystem aber vor allem
zuverlässig arbeiten. „Fällt plötzlich eine Pumpe
aus, kann sich schnell ein ganzes Schiff drehen“,
sagt Michael Borchers und meint damit, was
der Volksmund als Kentern bezeichnet. „Ist das
Heeling-System gestört, kann der Kranfahrer
11
»Dass wir uns
für beide Bereiche
aus einem System
bedienen können, das
in seiner Funktion und
auch Programmierung
gleich ist, macht uns
das Leben deutlich
leichter.«
ANWENDUNGEN | 1,5 KILOTONNEN AM HAKEN – UND DAS SCHWIMMEND
beim Einfädeln schwerer Lasten auf das Deck
gar nicht so schnell reagieren, dass er die Ladung noch rechtzeitig senkt.“ Muss die Ladung
im Notfall abrupt vom Haken, ist das kaiseitig
noch in Ansätzen möglich, weil die Kaianlage
das Schiff als Gegenlager hält; das ist jedoch
nicht möglich, wenn die Ladung auf der Seeseite
hängt, weil sie dann auf das Schiff krachen
würde.
Redundanter
Industriestandard
Ein Szenario, das erklärt, warum BESI in ihren
Anlagen auf hochverfügbare Technik setzt und
eigene Systeme mit ausreichender Redundanz
ausstattet. Für die Steuerung des sogenannten
Flow-Managements nutzen die Bremer die WAGOController PFC200 – und zwar in einem redundanten und räumlich verteilten Funktionsverbund.
Unter dem Begriff Flow-Management bündelt BESI
das Heeling-System sowie das Messen, Regeln
und Überwachen von Tankinhalten. Aufgrund des
hohen Treibstoffverbrauchs, den große Arbeitsund Containerschiffe haben, muss während der
Fahrt regelmäßig Brennstoff und Ballastwasser
umgepumpt werden, damit das Schiff eine
stabile und energetisch optimierte Trimmung im
Wasser behält. Während die Heeling-Systeme
eines Schiffes, das im Hafen liegt, auf Basis von
Neigungssensoren automatisch eingreifen, erfolgt
der Gewichtsausgleich zwischen Treibstoff- und
Ballastwassertanks während der Fahrt manuell.
„Keine Automation ist dazu in der Lage, Wellenamplituden zu 100 % auszugleichen“, erklärt
Borchers, „weil die sich ständig ändern und nicht
vorhersehbar sind.“ Der Automatikbetrieb mit
einem elektronischen Krängungsausgleich sei
darum während der Fahrt verboten. Kreuzfahrer
stabilisieren den Schiffskörper deshalb bei kräftigerem Wellengang auf mechanische Weise; nämlich mit dem Ausfahren von Flossen, die aufgrund
ihres Widerstandes für mehr Trägheit sorgen.
Michael Borchers arbeitet als
Geschäftsführer Technik bei
BESI in Bremen.
Der Wegfall von Zener-Barrieren ermöglicht
einen platzsparenden Schaltschrankaufbau.
Ein System auch
für Ex-Bereiche
Tanks, Rohrleitung, Pumpen, Ventilarmaturen: Die
Komponenten des Flow-Managements von BESI
durchziehen Fracht- und Arbeitsschiffe vom Bug
bis zum Heck wie eine Hauptschlagader. Weil durch
diese feingliedrige Verteilung auch Teilsysteme in
Bereichen installiert sein können, die unter den ExSchutz fallen, muss BESI zu deren Automatisierung
eigensichere Komponenten mit Ex-i-Zulassung einsetzen. „Wie die Bereiche klassifiziert sind, hängt
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Weg frei für Vernetzung
Mit der Kombination aus WAGOController PFC200 und I/O-SYSTEM
750 installiert BESI eine offene
Netzwerkstruktur mit verteilter Intelligenz und dezentralen I/O-Knoten
in Schiffen. Diese Architektur macht
den Weg frei, um auch andere
Systeme zu integrieren. Erste Ansätze dazu gibt es bereits: mit der
Anbindung der Lüftungs- und Klimatechnik an die WAGO-Steuerungstechnik, die dann als Datensammler
und ETHERNET-Gateway fungiert,
der alle Informationen bündelt und
per ETHERNET an die Leitebene
des Schiffes weitergibt. Auf diese
Weise lassen sich die erforderlichen
Schaltschränke kleiner projektieren
und flexibler einsetzen.
von deren Installationsnähe – beispielsweise zu
Treibstofftanks – ab“, erklärt Borchers. WAGO bietet innerhalb des I/O-SYSTEMS 750 eine Variante,
die sich rein äußerlich zunächst lediglich durch ihre
blaue Farbe von den weißen Standardmodulen unterscheidet. Zwar sind die Ex-i-Module konstruktiv
für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen
konzipiert, in ihrer Funktionalität unterscheiden sie
sich jedoch nicht von den Standardmodulen. Was
auch bedeutet, dass es in ihrer Programmierung
keine Unterschiede gibt. „Wir programmieren die
Steuerungstechnik in Ex- und Nicht-Ex-Bereichen
mit der uns bekannten Softwareumgebung, ohne
unterschiedliche Systeme erst noch aufwändig
miteinander verknüpfen zu müssen“, so Borchers.
Die Mitarbeiter von BESI müssen sich auf keine
Zweit- oder Drittsysteme einstellen und können
durchgängig in einem Rutsch programmieren –
und das mit Hilfe der standardisierten Sprachen der
IEC 611313 (CODESYS). Für BESI hat diese Durchgängigkeit den Vorteil, dass im Softwareengineering
keine Rücksicht darauf genommen werden muss,
ob Teile des Heeling-Systems in einem Ex-Bereich
verbaut sind oder nicht. „Dass wir uns für beide
Bereiche aus einem System bedienen können,
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das in seiner Funktion und auch Programmierung
gleich ist, macht uns das Leben deutlich leichter“,
unterstreicht Michael Borchers – auch angesichts der Tatsache, dass die für BESI wichtigen
WAGO-Komponenten über die einschlägigen
internationalen Zulassungen für den maritimen
Einsatz verfügen.
Mehr Platz durch
Verzicht auf Zener-Barrieren
Die Durchgängigkeit des I/O-SYSTEMS 750 von
WAGO spart überdies Zeit bei der Installation: Weil
sich eigensichere Sensoren wie Füllstandsmesser
oder Aktoren, wie beispielsweise Armaturenrelais, aus dem Ex-Bereich direkt mit den blauen
I/O-Modulen verbinden lassen, werden die sonst
erforderlichen Trennschaltverstärker verzichtbar.
Die dienen im Ex-Bereich grundsätzlich dazu, die
Energie des Stromkreises so zu begrenzen, dass
eine Zündung der explosionsfähigen Atmosphäre
verhindert wird. Indem BESI auf die Zener-Barrieren verzichten kann, sind bei der Schaltanlageninstallation nicht nur weniger Komponenten
zu verkabeln, sondern auch deutlich weniger des
so wertvollen Platzes an Bord erforderlich: „Wenn
wir in einem Ex-Bereich zum Beispiel 50 Geräte an
die I/O-Ebene anzuschließen haben, dann brauche
ich schon für die Trennschaltverstärker fast einen
eigenen Schrank“, zeigt der technische Geschäftsführer die wenig attraktive Alternative zur
WAGO-Lösung auf. Gerade Platz sei jedoch – auch
bei einem Neubau – so gut wie nicht vorhanden;
zumindest nicht für die technische Ausrüstung.
Obwohl der Grad der Automatisierung zunähme,
würde dafür ungern Platz freigeräumt, weiß
Borchers. Schlussendlich seien Schiffe bis aufs
Letzte durchoptimiert, um so viel Fläche wie nur
möglich für die Ladung herauszuholen. „Deshalb
ist eine schlanke Automation mit hohem Integrationsgrad so wichtig.“
TEXT JÖRG SCHOMACKER | WAGO
FOTO WAGO
Visualisierung des
Heeling-Systems, mit dem
sich Schiffe optimal im
Wasser trimmen lassen
TITEL | MARITIM 4.0 – CHANCEN UND HERAUSFORDERUNGEN
»WER ÜBER
MARITIM 4.0 SPRICHT,
MUSS SEINE
HAUSAUFGABEN MACHEN«
Interview mit Professor Dr. Karl-Heinz Niemann,
Experte für IT-Sicherheit an der Hochschule Hannover
In „Der Morgen stirbt nie“ bringen Terroristen ein Kriegsschiff von seinem Kurs ab, indem sie seine
GPS-Signale manipulieren. Was 1997 – zum Kinostart des 18. James Bond – noch der Phantasiewelt
britischer Filmemacher entsprang, ist knapp 20 Jahre später eine reale Bedrohung. „GPS-Spoofing“
wird sie von Fachleuten genannt – und Forscher der Uni Texas haben sie 2013 recht eindrücklich
bewiesen; indem sie eine 80 Millionen Dollar teure Luxusjacht unbemerkt von der Crew vom Kurs
abgebracht haben. Was ist los mit der IT-Sicherheit in der Schiffbauindustrie? – schwärmen doch
Schiffbauer, Systemintegratoren und Reeder von den neuen Möglichkeiten, die Maritim 4.0 bietet.
Ob die Branche dafür überhaupt reif ist und was noch zu tun ist, darüber haben wir mit
Professor Dr. Karl-Heinz Niemann von der Hochschule Hannover gesprochen.
Das Gerät, mit dem die Forscher aus Texas
das Navigationssystem der Luxusjacht
überlistet haben, war gerade mal so groß wie
ein Aktenkoffer. Die 65-Meter-Jacht hatte
zwei GPS-Empfänger und ließ sich dennoch
täuschen. Die Texaner haben einfach ein
GPS-Signal erzeugt und die Signalstärke so
lange erhöht, bis die Empfänger den Sender
wechselten. Was bedeutet dieses Szenario für
Sie als Experte für IT-Sicherheit?
Dass wir noch jede Menge zu tun haben. Bei der
IT-Sicherheit herrscht in der Automatisierung
noch erheblicher Nachholbedarf. Während alle
über Industrie 4.0 nachdenken, müssen wir leider
noch über die Hausaufgaben sprechen, die wir
noch für Industrie 3.0 zu erledigen haben – weil
wir zuerst einmal die bestehenden Systeme ertüchtigen müssen.
Sie sprechen von Automatisierungstechnik.
Gibt es Ihrer Meinung nach Unterschiede
zwischen industrieller Automation und der
Automation auf Schiffen?
Ich denke, die Schifffahrt ist in puncto IT-Sicherheit ähnlich gut oder schlecht aufgestellt
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wie andere Branchen. Zu Ihrem Beispiel mit der
Luxusjacht existieren ja durchaus Parallelen in
anderen Branchen. Spontan fällt mir das eines
Hochofens ein, der durch einen Cyber-Angriff zum
Stillstand gebracht wurde. Hochöfen sind typische
Anlagen der Prozesstechnik, die über mehrere
Jahre hinweg ohne Pause durchlaufen. Dieser von
außen herbeigeführt Stillstand sorgte letztlich
für einen Totalschaden. Die Auswirkungen von
Cyberkriminalität sind also überall gravierend. Insofern sehe ich keine Branchenunterschiede, was
den aktuellen Umsetzungsgrad von IT-Sicherheit
betrifft – ebenso wenig, wie die sich daraus ergebenden Risiken und die Notwendigkeit, sich mit
der Thematik auseinanderzusetzen.
Was können Unternehmen in Sachen IT-Sicherheit tun? Welche Hausaufgaben würden Sie
ihnen mitgeben?
Es gilt, sicher zu verhindern, dass sich Angreifer
einfach auf ein Netzwerk schalten. Dabei ist zu
berücksichtigen, dass Verbindungen nach außen
ja nicht an sich schlimm sind; ich muss sie nur
richtig absichern. Was in diesem Zusammenhang
sicher bedeutet, ist zweifelsohne auch eine Frage
der Einstellung.
Was meinen Sie damit?
Es gibt immer Personen, die Ihnen erzählen wollen,
dass ihre Anlage keine Verbindung zum Rest der
Welt hat und, dass IT-Sicherheit darum keine Relevanz für sie hat. Glauben Sie ihnen nicht. Es gibt
immer irgendwo eine Verbindung. Eine ganz grundsätzliche Hausaufgabe, die wir darum meiner Meinung nach zu erledigen haben, ist erst einmal dafür
zu sensibilisieren, welche Relevanz IT-Sicherheit für
die unterschiedlichen Akteure der Schiffbauindustrie
hat – also, an welchen Stellen wir täglich mit Sicherheitslücken in Verbindung kommen oder sogar,
meist unabsichtlich, selbst welche erzeugen.
Meinen Sie damit beispielsweise die tägliche Praxis auf Containerschiffen, dass Lademeister ihre
Ladungsdaten mit einem an Land beschriebenen
USB-Stick ins System einspielen?
Das ist genau so ein Fall. USB-Sticks sind ein absolutes No-Go. Trotzdem ist die Praxis absolut üblich,
obwohl sie offensichtlich klare Schwachpunkte
birgt – zumindest dann, wenn es keinen Quarantänebereich für mitgebrachte Daten gibt.
Ist die IT-Sicherheit ein Problem, mit dem sich die
Besatzung eines Schiffes allein befassen muss?
Wer ist hier Ihrer Meinung nach in der Pflicht?
Die Menschen in den Betrieben oder an Bord
zählen ohne Frage zu den potentiellen Schwachpunkten jedweder an Bord installierten IT; und
leider haben sie häufig keine Chance, die überaus
ausgeklügelten Angriffe auf ihre Systeme zu erkennen. Deshalb ist es so wichtig, dass Reedereien
Prozesse und Verfahren eindeutig beschreiben
und dann ein Management-Commitment zur
IT-Sicherheit formulieren. Für das Beispiel mit dem
Containerschiff würde daraus etwa eine Definition
dazu folgen, wie mit Ladedaten umzugehen ist,
wenn wieder jemand mit einem USB-Stick in der
Hand auf der Brücke steht.
Damit sehen Sie also die Führungsebene in der
Verantwortung.
Das stimmt. In Sachen IT-Sicherheit haben
wir es weniger mit einer Methode zu tun, als
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mit einer Unternehmensstrategie, die vom
Management nach unten reicht – und für
die alle bereit sein müssen, einen gewissen
Aufwand zu betreiben. Es gilt, Autorisierungen
zu definieren, Zugänge zu überwachen und
auch Notfallpläne zu erstellen, für den Fall
eines Totalverlustes von Daten. Es reicht nicht
mehr aus, Schaltschränke mit einem Vierkantschlüssel vor unbefugtem Zugriff zu schützen.
Was wir benötigen, ist eine Verteidigung in
der Tiefe – vergleichbar mit einer Ritterburg.
Erst schützt der Zaun das Werksgelände, dann
gibt es Zutrittsbeschränkungen zu bestimmten
Räumen, gefolgt von Reglementierungen für
bestimmte Schränke.
Nun ist eine Burg ja durchaus als stationär zu
bezeichnen. Sehen Sie für Schiffe besondere
Maßnahmen?
Im Vergleich zu Applikationen an Land, gibt es auf
Schiffen neue Herausforderungen und Bedrohungspotentiale – insbesondere aufgrund der Zusatzelektronik, die mit an Bord ist. Hierzu zählen zum
Beispiel Navigations-, Tracking- und Kollisionswarnsysteme. Das sind Einrichtungen, die vor
allem für die Sicherheit des Schiffes notwendig
sind. Überdies ist ein Schiff keine Insel – wie man
vielleicht meinen möge. Viel mehr stellen viele dieser Zusatzsysteme Verbindungen nach außen und
zum Land her und bieten damit viel Angriffsfläche
für Manipulationen. Ebenso, wie Sie sie eingangs
in ihrem Szenario beschrieben haben.
Das hört sich in Summe so an, als stelle die fortschreitende Digitalisierung an Bord die IT-Sicherheit vor neue oder zusätzliche Probleme.
Das ist auch so! Mit Industrie 4.0 entstehen
zusätzliche Kommunikationsbeziehungen, weil
Unternehmen ihren Datenfluss durchgängig
gestalten. Und durch die horizontale und vertikale
Integration reichen bestehende Abschottungskonzepte, als ein Bestandteil von Defense-in-Depth,
nicht mehr aus. Gefragt ist nun „IT-Security by
Design“: Also Funktionen der IT-Sicherheit, die
von vornherein in Gestalt einer layer-basierten
Sicherheitsarchitektur in die Steuergeräte integriert werden.
Hat dieser Weg Auswirkungen auf die Zulassung
der Technik auf Schiffen? Müssen die Klassifizierungsgesellschaften angesichts der von Ihnen
geschilderten Brisanz auch die IT-Sicherheit bei
ihren Zertifizierungen beachten?
Ich bin davon überzeugt, dass die Klassifizierer
an diesem Thema dran sind – gerade weil es in
puncto IT-Sicherheit auf Schiffen reichlich Nachholbedarf gibt. Wie gesagt: Für eine wirksame
Defense-in-Depth haben wir alle unsere Hausaufgaben 3.0 zu machen – für mich ist das eine zwingende Voraussetzung, um die Visionen umsetzen
zu können, die sich derzeit unter dem Schlagwort
Maritim 4.0 entwickeln.
Professor Niemann, Danke für das Gespräch.
Prof. Dr.-Ing. Karl-Heinz Niemann forscht und lehrt an der Fakultät
Elektro- und Informationstechnik der Hochschule Hannover. Er vertritt das Lehrgebiet Prozessinformatik und Automatisierungstechnik
und hält Vorlesungen zu den Themen Integrierte Automation, Industrielle Bussysteme, Prozessinterfaces und Energieeffizienz.
Sein Forschungsschwerpunkt liegt im Bereich der IT-Sicherheit von
Produktionsanlagen, insbesondere im Kontext von Industrie 4.0.
Darüber hinaus leitet Prof. Niemann die Expertenfabrik IT-Sicherheit
des Kompetenzzentrums Mittelstand 4.0 für Niedersachsen und Bremen (http://mitunsdigital.de) und ist in verschiedenen Arbeitskreisen
der PNO und des VDI tätig.
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BIG-DATA FÜRS
DICKSCHIFF
Mit Maritim 4.0 checkt Big-Data aktuell auf den großen Dickschiffen der Handelsschifffahrt ein.
Während Industrie 4.0 in der Fertigungsautomatisierung immer konkretere Formen annimmt,
werden die ersten cyberphysischen Systeme und cloudbasierten Netzwerkstrukturen, die der
Optimierung des Schiffbetriebs dienen sollen, jedoch noch eine gewisse Zeit auf Kiel liegen,
bevor sie auf große Fahrt gehen. Vor allem die Schiffszulieferindustrie in Deutschland ist
davon überzeugt, dass sich mit Maritim 4.0 in der Handelsschifffahrt enorme Effizienzgewinne
erzielen lassen. Rosige Aussichten für die Deutschen? Führen sie doch, laut Zahlen des VDMA,
weltweit die Liste der Zulieferer an. Was bringt Big-Data der Schifffahrt tatsächlich und welche
neuen Herausforderungen sind damit verbunden?
Vor Gericht und auf hoher See ist man in Gottes
Hand. Die Weisheit hat im 21sten Jahrhundert nicht
an ihrer Aussagekraft verloren. Herrscht im Gerichtssaal immer eine gewisse Unsicherheit darüber, wie
die Gesetzeslage am Ende ausgelegt wird, existieren
auf hoher See ähnlich unberechenbare Unwägbarkeiten: Auch wenn die Schiffe auf definierten Routen
unterwegs sind, bleiben sie den Naturgewalten,
der Verlässlichkeit der Technik oder auch Piraten
mutterseelenallein ausgeliefert. Während die einen
über Redundanzen und Ausfallsicherheit sprechen,
philosophieren andere darüber, dass die autonome
Schifffahrt durchaus das Risiko der Piraterie bannen
könnte, weil das Interesse der Piraten auf das Lösegeld abzielt, das für Geiseln erpresst werden kann
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und nicht etwa auf die Fracht. Bestimmen bald fahrerlose Transportsysteme, die in der Logistik bereits
gang und gäbe sind, das Bild der Weltmeere?
Big-Data hat enormes Potential,
sind Branchenexperten überzeugt
Ferngesteuerte Frachtschiffe auf internationalen
Seewegen sind aktuell noch Zukunftsmusik –
allerdings wird die immer lauter, weil immer mehr
Automatisierung Einzug in den Schiffbau hält und
möglich macht, was lange nicht denkbar war: die
Vernetzung von Teilsystemen beispielsweise und
verbunden damit ein aufeinander abgestimmter
und deutlich energieeffizienterer Betrieb an
Bord; oder den Fernzugriff von Land, sowohl, um
Schiffsdaten zu lesen, durchaus jedoch ebenso,
um steuernd in den Schiffsbetrieb einzugreifen.
Ob nun weniger oder gar kein Personal mehr an
Bord: Branchenkenner wie zum Beispiel Hauke
Schlegel, Geschäftsführer des VDMA Fachbereichs „Marine Equipment and Systems“, sind
davon überzeugt, dass hinter Big-Data „ein unglaubliches Potential steckt“. Von dem – und das
freut Schlegel insbesondere – vor allem die deutsche maritime Wirtschaft als die Nummer eins der
weltweiten Zulieferer profitieren kann. Während
in absehbarer Zukunft damit zu rechnen ist, dass
vor allem in China, Japan und Korea Werften
aufgrund von Überkapazitäten schließen werden,
fahren deutsche Maschinenbauer und Systemintegratoren in ruhigerem Wasser und verzeichnen
zwar keine rosigen, aber immerhin stabile Geschäfte. 2016 wird der Umsatz voraussichtlich die
Zwölf-Milliarden-Euro-Marke übertreffen. Und nun
– die digitale Revolution als weitere Chance? Was
ließe sich tatsächlich mit der neuen Technik aus
Schiffen und Schifffahrt rausholen? Nehmen wir
Effizienz, Umweltschutz und Sicherheit der Schiffindustrie einmal näher unter die Lupe.
Großformatige Monitore
bestimmen heute mehr
denn je das Bild auf der
Brücke von Handels- und
Passagierschiffen.
Kostensenker unbemannte Schifffahrt
Ganz generell leiden Frachtdienstleister tagtäglich unter hohem und steigendem Kostendruck.
23
Die Ursache dafür: Auf den Meeren ist zu viel
Schiffstonnage unterwegs – ein Effekt der heißen
Spekulationen während der Boomjahre zwischen
2004 und 2009. Daraus resultieren Überkapazitäten und damit einhergehend Preisverfall.
Transportdienstleister versuchen deshalb, durch
Kostensenkungen ihre Wirtschaftlichkeit zu erhalten. Und wo es um das Senken von Kosten geht,
ist der Blick auf die Personalkosten immer lohnenswert – auch für Reedereien. Für die bedeutet
das konkret: Sparen an Quantität oder an Qualität;
soll heißen: Entweder reduzieren Unternehmen
die Personalstärke an Bord oder sie setzen auf
eine Crew, die über geringere elektrotechnische
Qualifikationen verfügt, dafür allerdings weniger
zu Buche schlägt. Beide Szenarien ließen sich mit
dem Einsatz von Automatisierung durchaus realisieren. Automatisierungssysteme sind über weite
Strecken durchaus dazu in der Lage, zu übernehmen, was zuvor von Menschen ausgeführt worden
ist. Und sie verfügen über Remote-Funktionen, die
es Experten an Land ermöglichen, Schiffsdaten
zu lesen, um Servicekräften auf See sagen zu
können, was sie zu tun haben.
Von Oslo nach Frederikshavn: In den engen Fjorden
Norwegens gestaltet sich die
Land-zu-Schiff-Kommunikation
noch unkompliziert.
Sinkt die Personalstärke an Bord gegen Null,
hätte das weitere – durchaus gewinnbringende
Effekte: Kleine Teilsysteme, wie beispielsweise
Kleinkläranlagen, Klimatechnik oder auch die
Meerwasserentsalzung, wären an Bord nicht mehr
erforderlich, wenn ein Schiff autonom unterwegs
wäre. Brennstoffeinsparungen um die zehn Prozent wären alleine dadurch möglich, dass sich ein
Transportdienstleister den Hotelbetrieb spart, den
er derzeit an Bord für die Crew unterhalten muss.
Kosten verursachungsgerecht umlegen
Ob mit oder ohne Personal: Auf einem Schiff
gibt es auch abseits des Hotelbetriebs durchaus
Einsatzgebiete, die effizienter betrieben werden können. Messen, bewerten, Maßnahmen
ableiten – darum geht es in diesen Bereichen im
Wesentlichen und Maritim 4.0 bietet dafür sehr
gute Möglichkeiten. Werfen wir zur Veranschaulichung einen Blick ins Gebäudemanagement: Dort
werden durch Datenerfassung und -vernetzung
Verbräuche und Kosten bis in einzelne Räume hinein ermittelt und optimiert. Auf Containerschiffen
finden vergleichbare Messungen nicht statt. Dabei
AIS
ARPA
Course
Speed
Depth
Navigational Data
Heading
Heeling Roll
Position
Water and
Ground Distance
Rudder Sensor
Angle
Routes and
Waypoints
Humidity
Wind
Rate of
Turn
Time
Meteorology
Temperature
MDE Ship
MDE
NMEA
Messages
Ship 1
Ship 2
Air
Ship 3
Fleet
Images
Humidity
Transducers
Ship Data
BAMS
Openings
Fire Doors
Doors
Water Tight
Doors
Other
Doors
Alles steht im engen Zusammenhang: Das Schaubild macht deutlich, wie wichtig
Big-Data und eine engmaschige Vernetzung für den modernen Schiffbetrieb sind.
verursachen unterschiedliche Container durchaus
unterschiedliche Transportkosten. Warum – bei
aller Standardisierung der Maße eines Containers
– Fracht dennoch nicht gleich Fracht ist, wird am
Beispiel der „Reefer“ deutlich.
„Reefer“ bezeichnen in der Branchensprache
Kühlcontainer, die entweder mit Kaltluft aus der
schiffsfesten Ladungskühlanlage gekühlt werden
oder selbst über eine Kälteanlage verfügen. Die
wiederum zieht die Energie aus dem Bordnetz.
In beiden Fällen wirkt sich das Kühlen also direkt
auf den Treibstoffverbrauch des Schiffs aus, weil
der Generator mehr elektrische Energie erzeugen
muss und folglich von der Hauptmaschine mehr
Leistung abfordert. Dass Kühlcontainer höhere
Frachtkosten verursachen als andere, liegt damit
offensichtlich auf der Hand. In der täglichen
Praxis indes werden Infrastrukturkosten auf alle
geladenen Container gleichermaßen verteilt.
Würde durch eine integrative Netzwerktechnik
ermittelt, wie hoch der Energiebedarf eines
„Reefers“ tatsächlich ist, ließen sich Frachtkosten
verursachungsgerecht umlegen und individuell
kalkulieren. Für unterschiedliche Routen könnten
so beispielsweise unterschiedliche Frachttarife
definiert werden, weil Touren in Äquatornähe
deutlich mehr Strom verbrauchen als in kühleren
Regionen. Technisch umsetzen ließen sich eine
solche Aufgaben mit heute verfügbarer Technik
problemlos. Die Steuerung PFC200 von WAGO
bietet zum Beispiel parallel zur eigentlichen Prozessorleistung auch Speichermöglichkeiten für
das Monitoring von Daten außerhalb der Cloud.
Und, so ein Monitoring ist allein schon erforderlich, um die unterbrechungsfreie Kühlkette zu
dokumentieren – und damit die Betriebssicherheit
eines „Reefers“.
Routenplanung statt mit
Vollgas über den Ozean
Ein weiteres Beispiel für die Vorteile, die sich aus
der engeren Datenvernetzung ergeben, lässt sich
25
Unscheinbar platziert mit
großer Wirkung: Werden die
beiden Knöpfe im Falle einer
Piraterie gedrückt, läuft im
Hintergrund ein umfassendes
Krisenmanagement an.
am Treibstoffverbrauch messen. Werden Routen
etwa um Tiefdruckgebiete herum geführt, spart
das Treibstoff. Folglich lohnt es sich, Wetterdaten
nicht nur aus Gründen der eigenen Sicherheit
auszuwerten.
In die gleiche Richtung zielt die Weiterverarbeitung
von Informationen aus den Häfen. „Was nutzt es,
wenn ich mit Volldampf einen Hafen erreiche, um
dann dort lange auf einen Liegeplatz zu warten“,
fragt sich nicht zuletzt Prof. Dr.-Ing. Holger Watter,
Präsident der Hochschule Flensburg. Mit Blick auf
einen möglichst geringen Treibstoffverbrauch sei es
wesentlich effizienter, die Fahrgeschwindigkeit so
anzupassen, dass ein Fracht- oder Containerschiff
so pünktlich in einem Hafen einläuft, dass es umgehend zur logistischen Abfertigung fahren kann.
Allein der monetäre Nutzen, der aus der Optimierung von Spritverbrauch und Liegezeiten
resultieren könnte, wird von Fachleuten als so
groß eingeschätzt, dass die EU das Projekt „Sea
Traffic Management“ fördert. In dem geht es genau
darum, die Abläufe der Seeschifffahrt mit Hilfe
von Kommunikation, Vernetzung und Big-Data zu
harmonisieren. Die Idee des Projekts: Die Daten der
Schiffe, die aufeinander abgestimmt werden sollen,
werden so in der Cloud zur Verfügung gestellt, dass
andere Schiffe darauf zugreifen können. Damit ist
der Weg frei, sicher auf den Schiffsrouten aneinander vorbeizukommen und Häfen pünktlich, vor
allem aber aufeinander abgestimmt, zu erreichen.
Und dort würden von einem harmonischen Mitein-
26
ander letztendlich auch die Hafenbetreiber profitieren. Die können sich auf die Ankunft der Schiffe
vorbereiten, müssen dadurch deutlich weniger
Logistikfläche für die Zwischenlagerung vorhalten
und weniger Kapazität für den Abtransport von
Waren. Lkw und Züge müssten dadurch ebenfalls
nicht mehr in der Warteschleife verharren. Absprachen dieser Art würden sich entsprechend sowohl
mit Blick auf den Umweltschutz als auch monetär
auszahlen. „Trotzdem sind sie in der Schifffahrt
noch nicht üblich“, meint Prof. Watter, der in diesem Zusammenhang deutlich macht, dass es für
Schiffsbetriebstechniker immer wichtiger wird,
unterschiedliche Szenarien richtig zu interpretieren.
„Richtig ablesen und die richtigen Maßnahmen ableiten“, fordert Watter; und damit nicht zuletzt auch
eine Schnittstelle zur Automatisierung, die über
eine gute Usability verfügt.
Maritim 4.0 erfordert mehr IT-Sicherheit
Die Brücke von Schiffen wird in diesem Zusammenhang schon längst als Automatisierungszentrale verstanden, in der alle Informationen
zusammenlaufen. Dazu zählen Navigation,
Kommunikation und die Ladungsinformation
genauso, wie administrative Daten: beispielsweise
Anmeldedokumente oder Frachtdeklarationen.
In Gestalt elektronischer Seekarten oder automatischer Identifikationssysteme (AIS) wird auf
der Brücke bereits heute sicht- und erlebbar,
dass die Digitalisierung auch auf hoher See
voranschreitet. Der Trend spricht eine deutliche
Sprache und die beschriebenen Potentiale tun es
ebenso: Big-Data fürs Dickschiff? Ja, das würde
sich lohnen! Allerdings haben Kostenreduktion,
Umweltschutz und Effizienzsteigerung auch ihren
Preis: nämlich deutlich gestiegene Anforderungen
an die IT-Sicherheit; denn mit Digitalisierung,
Vernetzung und insbesondere mit zunehmender Land-zu-Schiff-Kommunikation wächst an
Bord auch das Risiko für Datenmissbrauch und
Cyberkriminalität. Wer Maritim 4.0 sagt, muss
darum auch immer von IT-Sicherheit sprechen
– und meint damit sehr viel mehr die Sicherung
eines Schiffs vor Cyberangriffen als die Betriebssicherheit des Schiffes selbst. Hier gilt es, mit
geeigneten Technologien Schiff, Besatzung und
Umwelt zu schützen, indem beispielsweise Daten,
die zwischen Land und See übertragen werden,
zuverlässig verschlüsselt werden, Zugriffspunkte
und Zugriffszeiten reglementiert werden oder
Steuerungen zum Einsatz kommen, die zum einen
über „IT-Security by Design“ verfügen und zum
anderen als Zwischenspeicher fungieren können,
wenn die Verbindung zwischen Land und See
einmal abreißt.
IT-Sicherheit:
Ein stetiger Wettlauf
Angesichts der gravierenden Auswirkungen von
Schiffshavarien überrascht es in diesem Zusammenhang, dass die derzeitige Ausführung des
IT-Sicherheitsgesetzes den Schiffsbetrieb nicht zu
den kritischen Infrastrukturen (KRITIS-Unternehmen) zählt – ganz im Gegensatz zur Energie- und
Wasserversorgung an Land. Tatsächlich muss
IT-Sicherheit als „Wettlauf“ angesehen werden,
der zwischen Herstellern, Hackern und Betreibern
stattfindet. Um flexibel auf neue Bedrohungen reagieren zu können, ist ein offenes Betriebssystem
das erste Mittel der Wahl, weil Open-Source-Produkte nicht vom Hersteller allein abhängig sind,
sondern von vielen Programmierern gleichzeitig
genutzt werden, die Sicherheitslücken schneller
erkennen und gemeinsam an Verbesserungen
arbeiten. Die PFC-Familie von WAGO basiert deshalb auf Linux® mit Echtzeiterweiterung, das von
Haus aus gängige Funktionen für die IT-Sicherheit
herstellerunabhängig zur Verfügung stellt und
zukünftige Erweiterungsmöglichkeiten bietet.
TEXT THORSTEN SIENK, NORMAN SÜDEKUM UND EVA BANHOLZER | WAGO
FOTO THORSTEN SIENK | WAGO
Das ASI gibt Auskunft
über Eckdaten anderer
Schiffe auf der Route.
Bei aller Digitalisierung: Das
Fernglas ist auf der Brücke
immer griffbereit.
IT-Sicherheit auf Schiffen
SICHER AUF KURS
IM BINÄREN MEER
Mit Digitalisierung und Vernetzung wächst auch an Bord von Schiffen das
Risiko für Datenmissbrauch und Cyberkriminalität. Wer über die Potentiale
von Maritim 4.0 nachdenkt, muss darum auch die steigenden Anforderungen
an IT-Sicherheit mitberücksichtigen – und vor allem, die geeigneten Lösungen
dafür finden, sie umzusetzen.
28
Auf Schiffen sorgen diverse intelligente Teilsysteme für einen reibungslosen Schiffsbetrieb: vom
Tank- und Ballastwassermanagement über die
Antriebssteuerung bis hin zu Alarm- und Monitoringsystemen. Sie alle bedienen sich industrieller
Automatisierungstechnik. An vielen Stellen resultieren aus der Vernetzung dieser Teilsysteme durchaus
Vorteile – beispielsweise, wenn der Schiffsbetrieb
dadurch ressourcen- oder energieeffizienter ablaufen kann.
Wo allerdings vernetzt wird, nimmt der Austausch
sensibler Daten zu. Und damit nicht genug: Im Vergleich zu Applikationen an Land, verfügen Schiffe
nämlich über zusätzliche Elektronik wie Navigations-, Tracking- und Kollisionswarnsysteme. Sie
dienen der Sicherheit des Schiffes, stellen allerdings
gleichzeitig eine zusätzliche Bedrohung dar; vor
allem, weil sie nicht nur den Grad der Vernetzung an
Bord steigern, sondern überdies eine Verbindung
nach extern herstellen. Für diese Verbindungen
werden zunehmend internetbasierte Netzwerktechnologien oder mobile Dienste genutzt. Und
gemeinhin bieten diese Kommunikationswege viel
Angriffsfläche für Manipulationen – insbesondere
auf der Strecke zwischen Schiff und Land.
Der Abgriff oder das Mitlesen sensibler Daten
sind dabei das vergleichsweise kleinere Problem, verglichen mit den Auswirkungen, die es
hat, wenn Hacker eine Schadsoftware in der
Leittechnik von Schiffen oder beispielsweise
Bohrinseln platzieren würden, Koordinaten änderten oder auf sicherheitsrelevante Teilsysteme an Bord zugriffen und damit schlussendlich
nicht nur die IT-Sicherheit, sondern auch die
funktionale Sicherheit und damit die Sicherheit
der Besatzung an Bord gefährdeten. Nicht
von ungefähr nehmen also mit dem Grad der
Digitalisierung und Vernetzung auch die Handreichungen zum Thema IT-Sicherheit zu: Ob das
American Bureau of Shipping, The Baltic and
International Maritime Council, die Lloyds Register Group, die UK Chamber of Shipping oder
die European Union Agency for Network and
Information Security – sie alle veröffentlichen
Leitlinien zum Thema IT-Sicherheit auf Schiffen.
In der Regel definieren sie darin Prozesse, Vorgehensmodelle oder technischen Maßnahmen
zur Implementierung von IT-Sicherheit, die zu
großen Teilen mit Leitlinien für die Automatisierungstechnik übereinstimmen.
Hohe Verfügbarkeit
auf allen Weltmeeren
Mit einer Technik, die über eine hohe
Ausfallsicherheit verfügt sowie schnellen
Ersatzteillieferungen lassen sich in vielen
Situationen längere ungewollte Liegezeiten
verhindern. Auch wenn für BESI das Geschäft mit Ersatzteilen – wie bei anderen
OEM ebenfalls – durchaus interessant ist,
hat für die Bremer die internationale Verfügbarkeit von Ersatzteilen einen größeren
Stellenwert. „Wenn ein Reeder irgendwo an
der Küste Afrikas festsitzt und von uns ein
neues I/O-Modul braucht, dann zählt jede
Stunde. Wenn wir dann selber nach Afrika
müssen, hat das Servicegeschäft schnell seine
Grenze erreicht.“ Hier sei es wesentlich sinnvoller, standardisierte Industrieprodukte mit einer
hohen Marktdurchdringung zu verwenden, die
sich auch vor Ort beschaffen lassen. „So schön
das Ersatzteilgeschäft ist, die Anlagen müssen
schnell wieder laufen“, meint Michael Borchers,
technischer Geschäftsführer bei BESI, und
spricht von täglichen Charterkosten von mehr
als 40.000 Dollar bei Schiffen von der Größenordnung der CSCL Indian Ocean mit einer Kapazität
von 19.000 20-Fuß-Standardcontainern.
29
Motorenhersteller: Service + Wartung
+ Support für eigene „Installed Base“
•Evaluierung Daten für Schwachstellenanalyse
Reederei: Routenoptimierung
für die eigene Flotte, Nachweispflichten
•Auslastungsvergleiche
•Nachweise von CO2-, SOx-Ausstoß ggü. Behörden
Die Gründe für den Fernzugriff sind bei Reedereien und OEM
durchaus unterschiedlich motiviert.
„IT security made by WAGO“
Risiken minimieren – Angriffe abwehren
Werzeuge der PFC-Familie:
Security-Dienste
Integrierte Linux®-Dienste
• Passwortschutz, Benutzerverwaltung
• SSL/TLS-1.2-Verschlüsselung
• SSH – sicherer Shell-Zugang
• VPN (OpenVPN, IPsec)
• Firewall
• MAC-White-List
• Syslog
• SD-Kartenleser
• FTP, SFTP, SCP
• Optional: Rsync
• Optional: Virenscanner
• Optional: Fail2Ban
30
„IT by Design“ statt
„Defense in Depth“
Es scheint also Einigkeit darüber zu herrschen,
dass mit Industrie 4.0 oder Maritim 4.0 zusätzliche
Kommunikationsbeziehungen entstehen, die ein
durchaus steigendes Potential für Cyberangriffe
bieten. Was überdies immer deutlicher wird: dass
bestehende Abschottungskonzepte deutlich an
ihre Grenzen kommen. Auch, weil mit den Möglichkeiten, die sich aus der Vernetzung ergeben,
zum einen die Anzahl der Zugriffe von extern
steigt und zum anderen viel tiefer in das Automatisierungssystem eines Schiffes eingegriffen
wird als bisher. Aus durchaus nachvollziehbarem
Grund: Mit Remote-Lösungen erhalten Reeder
die Möglichkeit der Ferndiagnose ihrer Schiffe;
das erlaubt ihnen, eine Optimierung an der Flotte
vorzunehmen oder einmal erfasste Daten weiterzuvermarkten. Überdies können Personalkosten
gesenkt werden, wenn an Bord auf weniger oder
geringer qualifiziertes Personal gesetzt wird, das
im Instandsetzungsfall vom Ingenieur am Land
Support bekommen kann. Und schlussendlich
kann mit einer besseren Vernetzung von Reedern
und Hafengesellschaften sogar die Logistik in
Häfen verbessert und der Treibstoffverbrauch
von Schiffen gesenkt werden. Zugriffe von extern
rigoros zu unterbinden kann darum keine Lösung
sein, um die Sicherheit auf Schiffen wieder ins Lot
zu bringen. Defense-in-Depth-Modelle allerdings,
die bisher den State-of-the-art dargestellt haben,
werden kurzfristig ebenfalls nicht mehr ausreichen
– auch wenn sie mit Zugangsbeschränkungen,
Netzwerksegmentierungen und Überwachungssystemen auf den unterschiedlichsten Ebenen der
Schiffsautomatisierung ansetzen.
Zunehmend gefragt sind Sicherheitskonzepte, die
immer funktionieren – unabhängig vom Zeit- oder
Zugriffspunkt des Fernzugriffs. Gefragt sind Konzepte der „IT-Security by Design“: Also Funktionen
der IT-Sicherheit, die von vornherein in Gestalt
einer layer-basierten Sicherheitsarchitektur in die
Steuergeräte integriert werden.
Von der SPS bis in die Cloud –
den Weg sichern, den die
Daten nehmen
Solche technische Möglichkeiten existieren
bereits und sind durchaus dazu in der Lage,
Sicherheitslücken zu schließen. Sehr zuverlässig
gelingt das beispielweise durch den Aufbau eines
virtuellen privaten Netzwerks (VPN) auf Basis von
OpenVPN mit SSL/TLS-Verbindungen (Secure
Sockets Layer, Transport Layer Security). Solche
Verbindungen erlauben es – selbst über drahtlose
Kommunikationsstrecken hinweg – verschlüsselte
Daten sicher zu senden. WAGO baut solche
VPN-Tunnel über OpenVPN oder IPsec direkt aus
der WAGO-Steuerung PFC200 heraus auf. Die
WAGO-Steuerung erfasst dazu alle relevanten
Mess- und Steuerdaten, verschlüsselt diese noch
direkt in der Steuerung mit SSL-Verschlüsselung
und überträgt sie via VPN. Dadurch müssen keine zusätzlichen VPN-Tunnel mittels Modems oder
Router aufgebaut werden und was noch entscheidender ist: die Strecke zwischen Steuerung und
Modem ist dadurch direkt mitverschlüsselt.
Teilsystemspezifischer
Zugriff durch OEM/Zulieferer:
Service + Wartung
+ Support
Zugriff auf Datenpakete
durch z. B. Reeder/Charterer:
Kurs und Frachtdaten
Kommunikation
AIS (Automatic Identification
System)
ECDIS & Navigation
Antriebssystem
Alarm- und Monitoringsystem
Cargo-Controlsystem
Tankballastsystem
Tankmesssystem
Klimatisierung
Typische Systeme auf Schiffen, die Teil von Big-Data sind und
eine zunehmende Vernetzung erfahren.
TEXT NORMAN SÜDEKUM UND EVA BANHOLZER | WAGO
FOTO WAGO
Welche Werkzeuge liefern die Switches?
Security-Dienste
Integrierte Dienste
• Passwortschutz,
Benutzerverwaltung
• SSL/TLS-1.2-Verschlüsselung
• Bandbreitenbegrenzung
• Bandbreitenüberwachung
• MAC-White-List
• ARP-Inspektion
• DHCP-Snooping
• L2,L3-Access Control List
• 802.1X-Port-Zugriffssteuerung
• Log, Alarm (by Mail)
• SNMP v2, v3
• Einstellungen Back-up/Restore
31
»WIR MACHEN ZU
WENIG AUS DEN DATEN,
DIE WIR SAMMELN«
Interview mit Andrea Grün, Senior Principal Engineer
für elektrische Systeme und Automation bei der DVN-GL
Was passiert, wenn es die Möglichkeit gibt, auch von Ferne bis tief in die Maschinenraumebene
zuzugreifen? Für internationale Klassifikationsgesellschaften sind mit diesem Szenario auf jeden Fall ganz neue Herausforderungen für die Zulassung und Zertifizierung von Komponenten
und Systemen entstanden. Bei allem Anspruch an die Betriebssicherheit auf Schiffen müssen
sich Gesellschaften wie der norwegisch-deutsche DNV-GL nun nämlich den zusätzlichen Risiken der IT-Sicherheit stellen. Warum vor allem der Fernzugriff für Sorgenfalten sorgt, hat uns
Andrea Grün, Senior Principal Engineer für elektrische Systeme und Automation bei der
DNV-GL in Hamburg, erklärt.
Im Maschinenbau sind Remote-Verbindungen
für Fernwartung, Systemoptimierungen sowie
schnellen Service nicht mehr wegzudenken.
Was ist aus Sicht von Klassifikationsgesellschaften bei Netzwerkverbindungen vom
Schiff zum Land zu beachten?
Systemhersteller wollen ihre Anlagen mit RemoteZugängen ausrüsten, weil damit Wartungen und
Service deutlich einfacher werden. Für solche
Aufgaben haben wir entsprechende Vorschriften
erstellt. Zu beachten ist zum Beispiel, dass es keine
Updates geben darf, während ein Schiff unterwegs
ist. Wir sind zwar nicht die Polizei, untersagen es
aber dennoch, vom Land auf die Systeme zuzugreifen, wenn ein Schiff auf See ist.
32
Warum? In der Fabrikautomation wird ja auch
während der Produktion optimiert.
Das Risiko können wir einfach nicht eingehen.
Ich meine, Anlagen in undefinierte Zustände
zu bringen, weil Daten eventuell fehlerhaft oder
unvollständig übertragen worden sind. Stellen Sie
sich vor, so ein Fall passiert auf hoher See am Ende
der Welt. Da kommt kein Servicetechniker, um
Ihnen zu helfen. Solche Arbeiten gehören darum in
den Hafen und nicht auf die internationalen Schifffahrtsrouten. Deshalb haben wir auch festgelegt,
dass sich Systeme nach einem Update wieder auf
den alten Softwarestand bringen lassen müssen.
Reglementierungen beim Remote-Zugriff dienen
aus unserer Sicht also der Betriebssicherheit – und
Andrea Grün ist seit mehr als 25 Jahren Mitarbeiterin bei DNV GL und Senior Principal
Engineer für die Automation im Hamburger
Maritimen Head Office. Die DNV GL ist die
weltweit führende Klassifikationsgesellschaft
der maritimen Industrie, die sich dafür einsetzt,
die weltweite Schifffahrt sicherer zu machen
und die Leistungsfähigkeit, Energieeffizienz
und Umweltverträglichkeit der Schiffe zu verbessern.
Andrea Grün ist tätig als technischer Projektmanager für komplexe Netzwerke und innovative
softwarebasierte Systeme sowie als Experte und
Auditor für die MED (Maritime Equipment Directive) und ISO 9001, vorrangig im maritimen Bereich.
Damit ist sie maßgeblich an der Entwicklung von
neuen Vorschriften und internationalen Standards
im Bereich der Automation und für die Zulassung
von softwarebasierten Systemen im maritimen
Umfeld beteiligt.
das ist ja im Grunde genommen die Legitimation
dafür, dass es Klassifikationssgesellschaften wie
die DNV GL überhaupt gibt.
Wie geht die Crew mit so einem Fernzugriff um?
Wie würde denn so ein Fernzugriff in der Praxis
regelkonform auf einem Schiff aussehen?
Wie gesagt: Verbindungen sind nur im Hafen
zulässig. Sind die Arbeiten erledigt, muss die
Besatzung im Anschluss prüfen, ob alles in
Ordnung ist und ihr Schiff wieder übernehmen –
also die Verbindung trennen. Es gibt klar geregelt
Übergabe- und Übernahmemechanismen.
Wir haben die Erfahrung gemacht, dass die meisten Schiffsbesatzungen kein wirklicher Freund
dieser Technik sind – aber die waren damals auch
mit der Einführung von Schiffsdatenschreibern –
dem VDR – nicht einverstanden.
Wovor hat die Crew denn Angst?
Es geht um Kontrolle oder viel mehr um den Verlust
von Kontrolle – ganz wie Sie wollen. Es gibt Reeder,
die den Remote-Zugriff wollen, um während der Fahrt
per Netzwerk die Kontrolle zu behalten. Daten zu lesen
ist eine Sache, steuernd einzugreifen eine andere.
33
Die DNV GL hat ihr Domizil in
der HafenCity Hamburg.
Wie kann eine Klassifizierungsgesellschaft
denn antizipieren, was mit einem RemoteZugriff geplant ist?
Bei der Zertifizierung fragen wir immer gewisse
Dinge ab. Nehmen wir als Beispiel ein Alarmsystem, das heute als integriertes Automations-,
Alarm-, Monitoring- und Kontrollsystem diverse
Funktionen hat und extrem mächtig ist. Diese Systeme können ebenso überwachen wie steuern und
sie sind mit der gesamten Automation verbunden.
Während des Zulassungsprozesses lassen wir uns
die Beschreibung dieser Systeme geben und alle
Funktionen auflisten. Stoßen wir in der Dokumentation die Benennung „Remote Access“, haken wir
bei den Unternehmen nach. In der Regel fordern
wir dann weitere Spezifikationen an und lassen uns
darlegen, welche Motivation oder Notwendigkeit
dafür besteht, diese Funktionalität einzusetzen.
Was bekommen Sie zur Antwort?
Das hängt ganz davon ab, wer unsere Fragen
beantwortet. Reedereien nutzen den Fernzugriff
um Fahr- und Verbrauchs- oder Ladedaten
abzurufen, um beispielsweise ihre Logistikkette
besser planen zu können. Maschinenhersteller
oder Anlagenbauer benötigen den Fernzugriff
zur Diagnose ihrer Teilsysteme, mitunter auch
zu Servicezwecken.
34
Sind das Antworten mit denen
Sie gut leben können?
Es ist doch so: Auch wenn wir „Remote Access“
mit Blick auf die Betriebssicherheit an Bord
ebenso wie mit Blick auf die IT-Sicherheit als
kritisch einschätzen, müssen wir natürlich die
Tatsache akzeptieren, dass der Technologie
auch positive Aspekte innewohnen: Die Systeme
an Bord eines Schiffes werden komplexer; das
lässt sich durchaus mit dem Trend vergleichen,
den Sie in der Automobilindustrie seit Jahren
beobachten können. Auch dort nimmt der Anteil
an IT und Automation in den Fahrzeugen stetig
zu. Darum sind in den Werkstätten auch immer
weniger die begnadeten Schrauber gefragt – an
ihrer statt werden Mechatroniker benötigt, die
einen Laptop bedienen und den Bordcomputer
auslesen können. Genauso wandelt sich derzeit
auch das Berufsbild des Seemanns. Die Anforderungen an die technische Qualifikation steigen
bei einer vergleichsweise geringen Bezahlung.
Der Support von Land aus ist unter diesen Rahmenbedingungen mitunter zwingend erforderlich. Insofern sind die Antworten zum „Warum“
schon für uns nachvollziehbar.
In der Schifffahrt steht derzeit ein
Generationenwechsel an – fruchtbarer
Boden für Maritim 4.0?
Ja, durchaus! Die Inspektoren in den Reedereien
werden im Schnitt jünger und natürlich sind sie
technikaffin. Für sie ergeben sich aus dem Trend
von Maritim 4.0 ja auch wirklich attraktive Potentiale. Denken Sie nur an die Möglichkeiten, die sich
allein dadurch ergeben, flottenweite Daten zu erheben und miteinander zu vergleichen. Wer weiß,
welche Schiffe einer Flotte aus welchen Gründen
am besten laufen, der kann seinen kompletten
Betrieb optimieren – vom Spritverbrauch seiner
Schiffe bis hin zu einer hervorragend aufeinander
abgestimmten Logistikkette.
Wohin wird die Reise dann Ihrer Meinung
nach gehen?
Grundsätzlich denke ich, dass mit den technologischen Entwicklungen im Rahmen von Maritim 4.0
durchaus Potentiale gehoben werden können: zum
Beispiel zum Wohl einer perfekt aufeinander abgestimmten Logistik, eines Container-Trackings, zur
Überwachung von Kühlketten oder ganz allgemein
zugunsten der Ressourcen- und Energieeffizienz.
Wir haben erst kürzlich ein Netzwerk zertifiziert,
auf dem der Hotelbetrieb zusammen mit der Brandmeldeanlage läuft. Solche Kombinationen sind
gerade für Kreuzfahrtschiffe interessant, weil sich
dadurch Kosten einsparen lassen.
Aber natürlich werden im Zusammenhang mit Maritim 4.0 auch die Ansprüche an die IT-Sicherheit
weiter steigen. Aus Perspektive der IT-Sicherheit
ist im Fall des beschriebenen Beispiels ganz wesentlich, dass kein Passagier über das Kabinennetzwerk in die Brandmeldeanlagen eindringen
kann.
Was muss getan werden?
Was meiner Meinung nach kommen muss, ist die
zielgerichtete Auswertung der Daten, die wir heute bereits überall erheben. Ich habe den Eindruck,
dass wir momentan noch riesige Datengräber
schaffen und viel zu wenig aus dem machen,
was wir sammeln. Und was den Fernzugriff
betrifft, über den wir bereits so viel gesprochen
haben, benötigen wir sinnvolle Regelungen und
Technologien, die uns in Sachen IT-Sicherheit unterstützen. Ich denke an eine Architektur oder ein
Berechtigungskonzept – beispielsweise definierte
Fernzugriffe zu Zeitpunkten, die von der Crew
vorgegeben werden. Und an Technologien, die
es ermöglichen, die Infrastruktur auch dann zu
schützen, wenn von Extern an unterschiedlichsten
Punkten zugegriffen werden soll – also, von der
Leitwarte bis in den Maschinenraum.
Frau Grün, Danke für das Gespräch.
35
Die Adèle zählt im internationalen Jacht-Markt zu den
optischen Schmuckstücken.
ANWENDUNGEN | „ADÈLE“ SEGELT MIT MODERNSTER AUTOMATION
Frischzellenkur für Traditionssegler
„ADÈLE“ SEGELT MIT
MODERNSTER AUTOMATION
Klassische Linienführung, dazu ein Rigg aus
Kohlefaser samt schnellem Unterwasserschiff:
Die 2005 von der niederländischen Vitters Werft
gebaute „Adèle“ ist auf den Weltmeeren auch
nach gut zehn Jahren ein echter Hingucker. Der
Schwede Jan-Erik Osterlund ließ die 55 Meter
lange Segeljacht seinerzeit aus Alu bauen, um mit
ihr zwei Jahre lang um die Welt zu segeln. Mittlerweile hat die „Adèle“ einen neuen Eigner – und
eine komplett neue Automatisierungstechnik auf
Basis des WAGO-I/O-SYSTEMs 750 erhalten. Den
Auftrag für das Refit erhielt die niederländische
Werft Royal Huisman.
Wer mit einer Megajacht unterwegs ist, der kann
sich das in der Regel leisten. Im Umkehrschluss
will es sich aber kein Eigner leisten, aufgrund einer Betriebsstörung in einem Hafen festzuliegen
– so schick die marinen Anlagen für Megajachten
auch sein mögen. Deshalb investieren ihre Besitzer in hohe Verfügbarkeit und entsprechend
redundant aufgebaute Automatisierungstechnik.
Das war auch beim Refit der 150 Fuß langen
„Adèle“ der Fall.
Schon während des ursprünglichen Neubaus des
Zweimasters waren moderne Steuerungs- und
Kommunikationstechnik zum Einsatz gekommen.
Die Datenverbindung erfolgte damals über
DeviceNet. Das Herzstück der Automatisierung
bildeten dabei drei Steuerungen – unter anderem
für Kommunikation, Monitoring und die Beleuchtungsregelung. Die vielen gegenseitigen Abhängigkeiten zwischen den Teilsystemen sorgten
allerdings für eine erhöhte Störanfälligkeit. „Adèle“
konnte daher nicht immer alle hohen Erwartungen
des Eigners erfüllen.
Verfügbar dank dezentraler
Automatisierungsarchitektur
Genau diese Problematik sollte zehn Jahre später
im Rahmen eines umfassenden Refits behoben
werden. Während des Werftaufenthaltes zwischen
2015 und 2016 tauschte die auf Jachtbau und Refit
spezialisierte Royal-Huisman-Werft die Batterien
der Stromversorgung aus, rüstete die Beleuchtung
auf LED-Technik um, modernisierte die Klimasowie Lüftungstechnik und verabreichte unter
anderem dem Antriebsstrang samt Generator eine
Generalüberholung. In diesem Zuge ersetzten die
Niederländer ebenfalls die alte Steuerungstechnik
durch das WAGO-I/O-SYSTEM 750 und DeviceNet
durch ETHERNET. Weil der Anlagenverbund der
„Adèle“ auch dann arbeitsfähig sein sollte, wenn
einzelne Komponenten ausfallen oder die Kommunikationsverbindung an einer Stelle unterbrochen
ist, entschied sich Royal Huisman dafür, die Au-
37
Im Inneren gibt es den
Komfort ehrwürdiger Hotels.
tomatisierungstechnik dezentral aufzubauen und
mit redundanten ETHERNET-Netzwerken für die
Kommunikation auszustatten.
Die Automatisierungs- und Kommunikationstechnik aus dem Hause WAGO kam dabei nicht zuletzt
aufgrund der Tatsache zum Einsatz, als dass sie
über die für den maritimen Einsatz notwendigen
Zulassungen verfügt. In diesem konkreten Fall war
die Zertifizierung der weltweit größten Klassifizierungsgesellschaft DNV-GL gefragt. Für Royal
Huisman spiegelt sich im Einsatz international
zertifizierter Komponenten der Anspruch wieder,
»Die Art und Weise
des Kommunikationsaufbaus,
die Flexibilität des Systems
und seine kompakte Bauart
machen die Automatisierungslösungen von WAGO für uns
so attraktiv.«
bei Neubau- und Umbauarbeiten weltweiten Standards gerecht zu werden. Und weil Schiffe – so wie
„Adèle“ – auf allen Weltmeeren unterwegs sind,
war für Royal Huisman neben der Zertifizierung
der eingesetzten Technik auch „eine verlässliche
und schnelle Ersatzteilversorgung relevant“, bringt
Pascal Koek, Softwareentwickler bei Royal Huisman, ein weiteres Argument auf den Punkt, das für
die WAGO-Technik spricht.
38
Flexible Technik für
individuelle Jachtträume
Besonders im Rahmen von Neubauprojekten zahle
sich außerdem die Flexibilität des WAGO-Systems
aus, so Koek: „Dank der Modularität des WAGO-I/OSYSTEMs können wir die Automation der Schiffe
individuell anpassen und flexibel erweitern“,
erklärt er. „Die Art und Weise des Kommunikationsaufbaus, die Flexibilität des Systems und seine
kompakte Bauart machen die Automatisierungslösungen von WAGO für uns so attraktiv.“
Und attraktiv sind schlussendlich auch die
Jachten aus Vollenhove am Ijsselmeer. „If you
can dream it, we can build it“, unterstreicht Pascal
Koek. Royal Huisman zähle aus gutem Grund bei
Qualität, Service, Innovationskraft und traditionellem Handwerk zu den weltweit führendenden
Werften für Motor- und Segeljachten bis 90 Meter.
„Wir lassen Träume Wirklichkeit werden“, sagt der
Softwareentwickler nicht ohne Stolz. Träume aus
majestätisch modelliertem Aluminium und hypermodernem Hightech - gebaut in traditioneller
Technik. Zwischen zwei bis drei Jahre liegen in
der Regel zwischen den ersten Ideenskizzen und
Konstruktionsplanungen bis zur Übergabe an den
Eigner. „Und bei aller Erfahrung: Wir sind jedes
Mal aufs Neue überrascht und begeistert, wenn
eine Jacht unsere Werft verlässt, weil jedes Schiff
anders ist.“
TEXT NORMAN SÜDEKUM UND JORIS VAN LIEMPT | WAGO
FOTO WAGO
TECHNOLOGIEN | VOLLE FLEXIBILITÄT, MEHR SICHERHEIT
VOLLE FLEXIBILITÄT,
MEHR SICHERHEIT
Die neuen Industrial-Managed-Switches mit Schiffszulassung
Auch auf dem Schiff halten immer mehr ETHERNET-Anwendungen Einzug – beispielsweise in
der Antriebssteuerung, in Deckhandhabungsgeräten oder in Alarm- und Monitoringsystemen.
Dafür werden kosteneffiziente, stabile und redundante Netzwerklösungen benötigt – und
passende Komponenten wie die Industrial-Managed-Switches der Serie 852 von WAGO.
Die individuell konfigurierbaren IndustrialManaged-Switches vernetzen zuverlässig alle
ETHERNET-Teilnehmer miteinander und sorgen
für einen permanenten Zugriff auf Maschinen und
Anlagen. Durch die Protokolle „Rapid Spanning
Tree“, „Dual Homing“, „Dual Ring“, „Jet Ring“,
„ERPS v1/v2“ und den schnellen „Xpress Ring“
lassen sich redundante Netzwerkstrukturen mit
kurzen Wiederherstellungszeiten von unter 50 ms
erstellen, um selbst bei gestörten Verbindungen
eine sichere Kommunikation zu garantieren. Die
Switches sorgen mit ihrer redundanten Spannungsversorgung zudem für eine unterbrechungsfreie Datenkommunikation mit bis zu 1 GBit/s. Auf
diese Weise tragen sie zum sicheren Betrieb von
Maschinen und Anlagen auf Schiffen bei.
Industrial-Managed-Switches mit DNV-GL-Zulassungen für den Einsatz auf Schiffen sind in unterschiedlichen Ausbaustufen erhältlich: mit acht
Ports 1000Base-T und vier Ports 1000Base-SX/
LX (852-1305) sowie mit acht Ports 100Base-TX
und zwei Ports 1000Base-SX/LX (852-303). Beide
Switches sind individuell konfigurierbar, wodurch
sie den Anforderungen unterschiedlicher Netzstrukturen gerecht werden.
Umfangreiche Security-Funktionen
Die Industrial-Managed-Switches von WAGO unterstützen aktuelle Sicherheitsfunktionen wie „Mac
Limitation“, „Port Security“ und Authentifizierung
gemäß IEEE 802.1x. Außerdem ermöglichen „IGMP
Snooping“, Broadcast- und Bandbreitenlimitierungen eine zusätzliche Kontrolle des Datenflusses. Mit
diesen erweiterten Security-Funktionen unterstützt
die neue Switch-Generation den Schutz vor Cyberattacken und somit vor Havarien mit Folgen für
Mensch, Maschine oder Umwelt.
Sichern die Anlagenverfügbarkeit und verhindern Stillstandszeiten:
die neuen Industrial-Managed-Switches mit Ringredundanz, redundanter
Spannungsversorgung und neuesten Sicherheitsfunktionen
39
TECHNOLOGIE | DOPPELT UND DOCH NICHT ÜBERFLÜSSIG
Mit zwei parallelen Steuerungen die Verfügbarkeit erhöhen
DOPPELT UND
DOCH NICHT ÜBERFLÜSSIG
Das Wort „Redundanz“ entstammt der lateinischen Sprache und bedeutet so viel wie „im Überfluss vorhanden“ sein. Redundanz, möchte man
meinen, passt damit so ganz und gar nicht in die
heutige Zeit, in der Effizienz und Sparen den Ton
angeben. Doch! – Nämlich dann, wenn Redundanz
der Verfügbarkeit dient!
verursachen Fehlerfolgekosten. Vor allem die
schnelle Beschaffung von Ersatzteilen und die
Verfügbarkeit von Systemspezialisten gestalten
sich in solchen Fällen häufig als Problem – insbesondere auf einem Schiff. Aus diesem Grund ist die
Forderung nach einer Fehlertoleranz im Automatisierungssystem in dieser Branche allgegenwärtig.
Technische Systeme in Fabrikanlagen, Gebäuden
und auf Schiffen müssen oftmals ununterbrochen
ihre Aufgaben erledigen. Um diese erforderliche
Verfügbarkeit von Maschinen und Anlagen zu
erzielen, ist es in vielen Anwendungen notwendig,
neben Wartungskonzepten auch gezielt Funktionen des Automatisierungssystems zu verdoppeln.
Durch diese Redundanz kann das Automatisierungssystem einen auftretenden Fehler kompensieren und den weiteren Betrieb des technischen
Systems sicherstellen.
Welche Redundanzform
für welche Anwendung
Kommt es dennoch zu einer Funktionsstörung im
Automatisierungssystem – ob aufgrund interner
oder externer Ursachen – gilt es, diese so schnell
wie möglich zu erkennen, zu lokalisieren und zu
beseitigen – denn Zeit ist Geld und Ausfälle
40
Für die Fehlertoleranz im Automatisierungssystem
ist die Umschaltung zwischen der aktiven und
der sich im Stand-by befindlichen Automatisierungsfunktion ein wichtiger Systemindikator.
Die notwendige Umschaltzeit bestimmt, welche
Zielanwendungen mit dem Automatisierungssystem bedient werden können. Hier unterscheidet
man grob die heiße (annähernd stoßfreie), die
warme (viele Millisekunden) und die kalte (mehrere
Sekunden) Redundanzform.
Zeitkritische technische Systeme, die bei einem
Ausfall sehr hohe Fehlerfolgekosten produzieren,
werden in der Regel mit einer heißen Redundanz-
lösung abgebildet. Die warme Redundanz findet
man vorzugsweise in zeitunkritischen technischen
Systemen wie Alarm- und Monitoring-Systemen
oder zur Steuerung von trägen Regelkreisen. Als
Faustformel gilt: Die Umschaltzeit auf die redundanten Automatisierungsfunktion muss kleiner
sein als die Systemtoleranzzeit des technischen
Systems.
Systemumgebung beachten
Um die Zuverlässigkeit des Automatisierungssystems sicherzustellen, muss neben der SPS
auch die Systemumgebung betrachtet werden:
Auch die Spannungsversorgung und das Kommunikationsmedium (z. B. ETHERNET) müssen die
Verfügbarkeitsanforderungen des technischen
Systems erfüllen. Man spricht auch von den
Redundanzarten der Versorgungsredundanz,
der Kommunikationsredundanz und der Geräteredundanz. Damit die Automatisierungstechnik
ihren Beitrag zur Steigerung der Verfügbarkeit des
technischen Systems leistet, muss schon in der
Konzeptphase des Automatisierungssystems die
Notwendigkeit der verschiedenen Redundanzarten bewertet werden.
Im Schiffbau wird zumeist eine Fehlertoleranz von
mindestens eins gefordert. Das bedeutet, dass ein
Ausfall einer Spannungsversorgung oder die Unterbrechung des Netzwerkkabels keinen Einfluss
auf die Funktion des technischen Systems haben
darf, weil es sich hier lediglich um einen „Single
Point of Failure“ (SPOF) handelt.
Versorgungsredundanz
Generell ist die Spannungsversorgung bei der
Projektierung einer heißen Redundanz durch
ein Diodenmodul zur Veroderung von zwei unabhängigen Spannungsquellen kostengünstig
umsetzbar. Fällt eine Stromversorgung aus, so ist
eine stoßfreie Umschaltung auf die zweite Stromversorgung möglich.
Kommunikationsredundanz
Das ETHERNET-Netzwerk kann als duales
LAN-Netzwerk (zwei LAN-Kabel mit identischem
Datenverkehr) oder im Ring aufgebaut werden.
Das duale LAN-Netzwerk erlaubt eine stoßfreie
Umschaltung bei erhöhtem Verdrahtungsaufwand.
Eine kostengünstige Alternative sind Ringnetzwerkprotokolle, die dem System allerdings eine
zumeist höhere Umschaltzeit abverlangen. Die
Umschaltzeiten der bekannteren Redundanzprotokolle aus Büronetzwerken (STP, RSTP, MSTP) sind
bestenfalls kalt redundant – sie benötigen in der
Praxis mehr als zwei Sekunden. Ein standardisiertes, herstellerunabhängiges Ringprotokoll, das eine
Umschaltung in weniger als 50 ms erlaubt, ist ERPS.
Geräteredundanz
Bei der Geräteredundanz der SPS existieren
ebenfalls verschiedene Umschaltmechanismen;
am aufwändigsten sind hardwaregesteuerte Umschaltungen, darauf folgen die im Betriebssystem
implementierten. Eine kostengünstige Alternative
stellen Umschaltalgorithmen auf Applikationsebene dar. Zu beachten ist,
dass die geforderte Systemtoleranzzeit des technischen
Systems zu der gewählten
Redundanzform passen
muss.
TECHNOLOGIE | DOPPELT UND DOCH NICHT ÜBERFLÜSSIG
Redundanz made by WAGO
+–
+– +–
ON
+–
AC 230 V/DC 24 V
5, 10, 20 A,
ein- und
mehrphasig
AC 230 V/DC 24 V
5, 10, 20 A,
ein- und
mehrphasig
+–
Redundanzmodul
– ++
1 2 3 4 5 6 7 8
In Sachen Versorgungsredundanz kann WAGO
mit Geräten aus der EPSITRON®-Reihe für eine
redundante Spannungsversorgung der relevanten
Hardware sorgen. Hierbei ist es wichtig, dass die
beiden Stromversorgungen aus verschiedenen
Quellen stammen und die Kabel auf unterschiedlichen Wegen verlegt werden. Hierdurch ist die
Funktionalität des Automatisierungssystems
auch beim Stromausfall einer Energiequelle
sichergestellt.
– +
Elektronischer
Schutzschalter
Kommunikationsredundanz
Für den Bereich der Kommunikationsredundanz
bietet WAGO ein bewährtes applikatives Redundanzkonzept: Durch die Verwendung ausgewählter Hardware, in Kombination mit der Medienredundanzbibliothek in CS2.3, wird die erforderliche
Fehlertoleranz bei ETHERNET-basierter Kommunikation über das MODBUS-Protokoll erreicht. Bei
diesem Redundanzkonzept werden alle Datenpakete über zwei Wege vom Sender zum Empfänger
übermittelt. Sobald eine Nachricht erfolgreich im
Automatisierungssystem übermittelt wurde, kann
die Automatisierungsaufgabe ausgeführt werden.
Diese applikative Kommunikationsredundanz ist
dementsprechend stoßfrei.
Applikative Medienredundanz (Dual-LAN)
SCADA
Modbus TCP
Modbus TCP
ETHERNET
ETHERNET
Modbus-Master (SPS)
Redundanz-Bibliothek CS 2.3
ON
1 2 3 4 5 6 7 8
Modbus-Slave 1 (SPS)
Netzwerk A
Netzwerk B
ON
Applikative Kommunikationsredundanz
42
1 2 3 4 5 6 7 8
Modbus-Slave 2 (SPS)
Modbus-Slave n (SPS)
Applikative Controllerredundanz
SCADA
Modbus TCP
ETHERNET
Modbus TCP
ETHERNET
Master A
Stand-by-Master B
ON
1 2 3 4 5 6 7 8
Smart-Koppler 1
Netzwerk B
Netzwerk A
ON
Neues Konzept für applikative
Controllerredundanz
WAGO stellt seinen Kunden in der Schiffstechnik
nun ebenfalls ein applikatives Redundanzkonzept
für Steuerungen zur Verfügung.
Basierend auf dem Modbus-TCP-Protokoll wird
diese Lösung bereits in einem Alarm- und Monitoringsystem eingesetzt. Das Besondere dieser
Redundanzlösung: einfachste Inbetriebnahme des
Gesamtsystems auf Basis der Standardhardware
von WAGO. Für WAGO-Kunden bedeutet das
einen erheblichen Kostenvorteil bei der Systemintegration ihres Automatisierungssystems.
Als Programmierumgebung für die Steuerung wird
das Engineering-Tool e!COCKPIT von WAGO verwendet. Die Multi-Knoten-Programmierumgebung
kann das SPS-Programm sehr einfach in beide SPS
senden. Um die applikative Controllerredundanz
nutzen zu können, muss eine Softwarebibliothek mit
den notwendigen Synchronisationsfunktionen in
den Master-SPS eingebunden werden. Des Weiteren
bietet die Bibliothek die Möglichkeit, Unterknoten
mittels eines Dual-LANs redundant einzubinden. Die
Unterknoten, auch Smart-Koppler genannt, müssen
dabei nicht programmiert werden; sie werden
1 2 3 4 5 6 7 8
Smart-Koppler 2
Smart-Koppler n
lediglich von einer SD-Karte gebootet und lassen
sich über einen integrierten Webserver konfiguriert.
Die analogen und digitalen Busklemmen werden
automatisch vom Smart-Koppler erkannt, ebenso
automatisch wird den übergeordneten Master-SPS
das Prozessabbild zur Verfügung gestellt. Die Master-SPS können überdies via Modbus-TCP-Protokoll
mit übergeordneten SCADA-Systemen kommunizieren. Die redundante Ankopplung geschieht über zwei
getrennten Netzwerke.
Für den Einsatz der applikativen Controllerredundanz eignen sich insbesondere Alarm- und
Monitoring Systeme. Der Aufbau der Lösung
entspricht einem SPOF-toleranten System, sodass
ein auftretender Fehler wie der Ausfall der Spannungsversorgung, der LAN-Verbindung, Switche
oder Steuerung immer kompensiert werden kann.
Die Verdopplung der ETHERNET-Topologie und die
redundante Nachrichtenübertragung ermöglichen
eine stoßfreie Umschaltung bei einem Fehler in
einem Netzwerk. Die typische Umschaltzeiten nach
Ausfall einer SPS liegen bei der Verwendung in typischen Alarm und Monitoringsystemen um ein Vielfaches unterhalb der Anforderungen der DNV-GL.
TEXT INGO SULECK UND NORMAN SÜDEKUM | WAGO
FOTO WAGO
43
Fähren und Kreuzfahrer mit innovativer Technologie auf effizientem Kurs
UMWELT SCHÜTZEN –
GELD SPAREN
Wenn große Reedereien wie Stena Line mit berechtigtem Stolz davon berichten, dass sie erneut den
Treibstoffverbrauch ihrer Flotte senken konnten, dann hat CATC aus Göteborg an diesem Erfolg einen
messbaren Anteil. Das noch junge Unternehmen aus Schweden hat sich vor allem darauf spezialisiert,
die Energieverbräuche der Kälte-, Wärme- und Lüftungstechnik an Bord zu senken. Dafür übernimmt
CATC in enger Zusammenarbeit mit WAGO die kompletten Systemarbeiten von der elektrische
Konstruktion über die Programmierung und das Projektmanagement bis hin zur Inbetriebnahme und
späterem Service.
44
Der Hotelbetrieb eines Kreuzfahrers bietet reichlich Potential,
die Betriebskosten dank besserer Energieeffizienz zu senken.
Bereits seit 2005 hat die Reederei Stena Line ihre
Schifffahrtssparte in einem sogenannten „Energy
Saving Programm (ESP)“ zusammengefasst, um
ihre Energieverbrauch zu verringern. Ziel ist eine
jährliche Reduktion um 2,5 Prozent, das laut Stena
Line im Jahr 2015 mit einer Reduktion um 2,8 Prozent
übertroffen wurde. „Bis zum Jahr 2030 planen wir,
unseren CO2-Ausstoß um 35 Prozent pro Seemeile
zu reduzieren“, erläutert Erik Lewenhaupt, Head of
Sustainability bei Stena Line. „Im Rahmen von ESP
setzen wir an unterschiedlichen Punkten an, um
Energie zu sparen – vom Schiffspropeller bis hin zur
Glühbirne. Zusätzlich setzen wir auf digitale Lösungen für unser Treibstoffmanagement, um anhand
der Daten, die wir auf unseren Fähren erheben, den
Betrieb an Bord zu optimieren“.
Abstimmung von Teilsystemen
senkt Energiebedarf
In Einsatzbereichen wie diesen spielen die Systeme von CATC ihre Stärke aus: Auf Kreuzfahrtschiffen und Fähren optimieren sie Druck und Temperatur von Gebläsen, Kühlgeräten und Heizkessel
so, „dass die Energiekosten eines Schiffs um bis zu
40 Prozent sinken“, erklärt Jens Stjärna, einer der
Gründer von CATC. Indem vor allem die Anlagen
des „Hotelbetriebs“ auf Fähren oder Kreuzfahrtschiffen mit Hilfe des WAGO-I/O-SYSTEMs 750
überwacht und aufeinander abgestimmt gesteuert
werden, sinkt der Bedarf an elektrischer Energie
erheblich. Und weil jedwede Energie an Bord von
den als Gen-Sets bezeichneten Hotelstromaggregaten erzeugt werden muss, reduziert jede
45
ANWENDUNGEN | UMWELT SCHÜTZEN – GELD SPAREN
Effizienzsteigerung auch den Treibstoffverbrauch
sowie die Feinstaub- und CO2-Emissionen – und
das wiederum senkt die Kosten pro Meile.
„Zum Glück steigt das Umweltbewusstsein aktuell“, sagt Stjärna, der die Schiffbauindustrie in Sachen Nachhaltigkeit generell als recht altmodisch
erlebt. Geschuldet sei dieser Trend unter anderem
der Tatsache, dass Kreuzfahrtschiffe zunehmend
in die Kritik gerieten, weil sie mit ihren Abgasen für
Smog in Häfen und Fjorden sorgten. Außerdem
seien beispielsweise die Schiffe von Stena Line
inzwischen ausschließlich in ECAs (Emission
Control Areas) unterwegs, für die spezielle Umweltrichtlinien zu Emissionen sowie zur Abfall- und
Brauchwasserentsorgung gelten.
Mit 3500 Gästen plus 1500
köpfiger Besatzung beherbergen moderne Kreuzfahrtschiffe heute eine komplette
Kleinstadt.
46
„Wir von CATC haben recht frühzeitig die Nachfrage nach einem energieeffizientem Betrieb von
Schiffen antizipiert und sind heute praktisch die
Einzigen, die sich mit solchen Fragen beschäftigen
– natürlich ist das für uns ein Vorteil“, sagt Stjärna.
Die Schweden kombinieren ihre Erfahrungen in
der Klimatechnik und Schiffsautomatisierung mit
WAGO-Produkten, die ihrerseits über die entsprechenden Freigaben der Klassifizierungsgesellschaften verfügen. „Die WAGO-Systeme entsprechen den einschlägigen Schifffahrtsnormen“, sagt
Stjärna. „Das war für uns, neben der kompakten
Bauform der WAGO-Produkte, eines der Hauptkriterien bei der Systemauswahl. Wenn alle von uns
eingesetzten Komponenten zertifiziert sind, haben
wir es einfach und sind auch bei Verhandlungen
mit Neukunden erfolgreicher.“
Refit für ein besseres Klima
Die meisten Projekte von CATC umfassen den
Komplettausbau der gesamten Steuerung der
Kälte-, Wärme- und Lüftungstechnik an Bord. Ist im
Rahmen eines Refits ein Systemwechsel geplant,
wird mit der Arbeit am häufigsten im Maschinenraum begonnen – und zwar mit der Installation von
Touchscreens, die dem Personal ermöglichen,
Temperatur und Luftdruck zu überwachen und
individuell zu regeln. Vergleichbare Bedien- und
Das WAGO-I/O-SYSTEM 750
ist für den marinen Einsatz
zertifiziert.
Visualisierungslösungen kommen auch in Bereichen zum Einsatz, in denen sich Passagiere aufhalten – beispielsweise in Konferenzräumen oder
Speisesälen. „Unser Ziel ist es, die Effizienz an Bord
zu steigern, ohne Kompromisse beim Komfort für
Passagiere und Besatzung eingehen zu müssen“,
macht Stjärna klar.
Weil der Ausbau erfolgt, während das Schiff in
Betrieb ist, begleiten die Techniker von CATC
Schiffe auf Fahrten um die ganze Welt. „Für uns
ist es durchaus von Vorteil, bei der Inbetriebnahme der neuen Systeme vor Ort zu sein“, erklärt
Stjärna den Umstand, „so erhalten wir von unseren
Kunden eine direkte Rückmeldung und sehen, wie
die Besatzung an Bord unsere Systeme nutzt“.
Erst neulich habe CATC ein Großprojekt auf einem
Schiff von Stena Line abgeschlossen, das zwischen Göteborg und Kiel verkehrt, erzählt Stjärna:
Auf dem Schiff sei ein komplett neues System
für die Räumlichkeiten, in denen sich sowohl die
Besatzung als auch die Gäste aufhalten, den Maschinenraum und das Autodeck installiert worden.
„Ganz besonders haben sich die Mitarbeiter von
Stena Line, die auf dem Autodeck arbeiten, über
das Refit gefreut“, sagt Stjärna, „weil unser System
dort die Belüftung verbessert hat und damit die
Abgase vermindert“.
Der Refit von CATC sorgt so für eine Klimaverbesserung im doppelten Sinne – sowohl auf dem
Schiff, als auch drum herum. Und finanziell lohnt
er sich überdies:
„Ein Systemwechsel amortisiert sich innerhalb von
einem bis zwei Jahren“, weiß Stjärna. Zum einen
wegen der Energieeinsparung, zum anderen weil
das Personal an Bord auf Basis der neue Software
deutlich effektiver arbeiten könne. „Auf lange
Sicht spart der Kunde sogar Geld.“
TEXT JENS STJÄRNA | CATC,
STEFAN WALL UND URBAN WASE | WAGO
FOTO WAGO UND THORSTEN SIENK
»Die WAGO-Systeme
entsprechen den einschlägigen
Schifffahrtsnormen.«
47
ANWENDUNG | UND DANN KOMMT DOCH DER GRIFF INS REGAL
Warum standardisierte Industrietechnik auch im maritimen Umfeld so viele Vorteile bringt
UND DANN KOMMT DOCH
DER GRIFF INS REGAL
Lassen sich auf Stückgut- und Containerschiffen
die mit den Frachten verbundenen Lasten für ein
effektives Lademanagement recht einfach zählen
und addieren, sind dafür auf Tankern exakte
Füllstandmessgeräte gefragt. Krohne Marine aus
Norwegen zählt mit ihren Ladungsüberwachungsund Managementsystemen für Tankschiffe seit
mehr als 50 Jahren zu den weltweiten Experten
auf diesem Gebiet. In der neuen Generation des
„Cargomaster“-Systems setzt Krohne standardisierte Steuerungstechnik von WAGO ein – und
ersetzt damit eigenentwickelte Elektronik.
Mit „Cargomaster“ haben Schiffsbesatzungen
ständig den Füllstand ihrer Tanks an Bord im Blick.
Zur Komplettlösung von Krohne Marine zählen
deshalb neben der reinen Füllstandmessung auch
die komplette Überwachung bis hin zur Alarmierung samt Visualisierung und Anbindung an
übergeordnete Leitsysteme. Für die eigentlichen
Messungen auf der Ladungsebene setzte Krohne
sein Niveauradar OPTIWAVE 8300 C ein. Neben
der Füllstandmessung kann das System aus dem
norwegischen Brevik ebenfalls Pumpen, Leitungen
sowie den Tiefgang eines Schiffs überwachen. Die
dafür notwendige Elektronik haben die Norweger
bis dato zu einem großen Teil selbst entwickelt
– dieses vor allem mit der Prämisse maximaler
Präzision und Verfügbarkeit. Die Innovationskraft
spiegelt sich unter anderem in einer Vielzahl an
Patenten wieder.
Standard statt Eigenentwicklung
Bei Krohne Marine handelt es sich allerdings
um einen klassischen Vertreter proprietärer
Systeme, die zwar exzellent arbeiten, aber vor
dem Hintergrund der langen Betriebszeiten der
Handelsschifffahrt eben auch hohen Aufwand
für Produktpflege, Ersatzteilbevorratung und den
Service nach sich ziehen. Diese Auswirkungen
sind typisch für Eigenentwicklungen – vor allem
im Bereich von Steuerungshardware. Krohne war
deshalb im Rahmen der Weiterentwicklung von
„Cargomaster“ auf der Suche nach einem Partner
für industrielle Steuerungstechnik, mit dem sich
die individuellen Aufgabenstellungen der Schifffahrt mit einen Griff ins Regal erfüllen lassen. Der
Einsatz von Standardkomponenten sei vor allem
deshalb möglich, weil das Know-how der Norweger mehr auf Konzeption und der Umsetzung in
Software läge als auf der Hardware, erklärt Svein
49
ANWENDUNGEN | UND DANN KOMMT DOCH DER GRIFF INS REGAL
Mit Ladungsüberwachungssytemen wie dem
„Cargomaster“ haben Schiffsbesatzungen
ständig den Füllstand ihrer Tanks an Bord
im Blick.
Henriksen, Leiter Forschung und Entwicklung bei
Krohne Marine. „Der Griff ins Regal bringt uns heute vor allem sinkende Kosten bei der Entwicklung
und Produktion.“
Optimal – in Sachen Preis,
Leistung und Verfügbarkeit
Im Vorfeld der strategischen Entscheidung, die
Tankmanagementsysteme auf industriell erprobter
Standardsteuerungstechnik von WAGO aufzusetzen, hat das Unternehmen aus Norwegen diverse
Lösungen anerkannter Lieferanten miteinander
verglichen. „Wir waren auf der Suche nach einem
Hersteller, mit dessen Produkten sich unsere
Anforderungen ohne weitere Anpassungen realisieren lassen – und das auch in Bereichen mit
Anforderungen entsprach“, sagt Jon Anders
Eriksen, bei Krohne Marine verantwortlich für
die Prozessleittechnik. Die Zusammenarbeit sei
von Anfang an sehr gut gelaufen – mit intensiver
Unterstützung vor allem bei Softwareengineering
und Schulung.
Ungeahnte Möglichkeiten
Die Partnerschaft führte letztlich dazu, dass die
vorhandene Software nicht nur einfach in eine
neue Steuerungshardware implementiert wurde,
sondern vielmehr so angepasst wurde, dass das
Zusammenspiel aus Soft- und Hardware optimal
funktioniert. Das führte schlussendlich sogar zu
einer deutlichen Steigerung der Performance im
Vergleich zur Vorgängergeneration.
»Mit WAGO haben wir einen Lieferanten gefunden,
der allen unseren Anforderungen entsprach.«
hohen Anforderungen an den Ex-Schutz. Zudem
müssen die Produkte, die wir einsetzen, über die
entsprechenden Zulassungen der Klassifizierungsgesellschaften verfügen“, erklärt Henriksen,
der bei Krohne Marine auch den Service leitet.
Aus dem funktionalen Blickwinkel betrachtet,
muss die neue Hardware vor allem beim Thema
Kommunikationsfähigkeit eine hohe Leistung unter Beweis stellen – allesamt Kriterien, die schlussendlich in der Entscheidung für das I/O-SYSTEM
750 von WAGO mündeten. „Mit WAGO haben wir
einen Lieferanten gefunden, der allen unseren
50
Mit der Entscheidung, die Hardware nicht mehr
selber zu entwickeln, sondern auf einen standardisierten Baukasten zu setzen, konnte Krohne
Marine auch Vorteile für Applikationen erschließen, die im Ex-Bereich liegen. Hintergrund: Das
I/O-SYSTEM 750 beinhaltet sowohl Module für
Ex- wie Nicht-Ex-Bereiche. Diese unterscheiden
sich nicht in ihrer Funktion, sondern rein äußerlich
im konstruktiven Aufbau und der Farbgebung.
Blau ist innerhalb des WAGO-Systems die Farbe
für den Ex-Bereich.
Diese Durchgängigkeit im Produktportfolio bringt
für die Norweger den Vorteil mit sich, dass sie bei
der Projektierung keine Rücksicht darauf nehmen
müssen, ob Installationsorte unter den Ex-Schutz
fallen oder nicht. Im Rahmen des Softwareengineerings ist damit die reine Funktion relevant,
ohne etwaige räumliche Restriktionen. Darüber
hinaus machen die blauen I/O-Module weitere
Komponenten im Schaltschrank überflüssig – vor
allem durch die Ersparnis der bis dato notwendigen Zener-Barrieren. Dieses Detail spart nicht
nur Platz, sondern macht auch die Installation
schneller, weil weniger Bauteile zu verdrahten sind.
Zudem steigt die Betriebssicherheit aufgrund
eines geringeren Risikos von Verdrahtungsfehlern
oder Bauteilausfall.
Mehr Zeit für die Kernkompetenz
Für Krohne Marine sind es genau diese Punkte, die
maßgeblich die Entscheidung beeinflussten, Standardindustrietechnik einzusetzen. Aufgrund seiner
Großserienproduktion, mit ausgefeilten Produktionsüberwachungsroutinen im Hintergrund, profitierte
das Unternehmen ferner von sinkenden Fehlerraten bei den verwendeten Komponenten. Und unter
diesem Aspekt der Zuverlässigkeit zahlt sich nicht
zuletzt die Federklemmentechnik des WAGO-I/OSYSTEMs aus, die gerade bei hohen Vibrationen
innerhalb eines Schiffes ihre Leistungsstärke voll
ausspielen kann.
Der Griff ins Regal lohnt sich – auch im maritimen
Umfeld. die standarisierte Steuerungstechnik von
WAGO arbeitet auch angesichts der rauen Umgebungsbedingungen auf See sicher. „Wir hatten
bisher keine einzige Reklamation“, unterstreicht
Svein Henriksen. Die mit der „Regalware“, verbundenen Kostensenkungen werden bei Krohne auf
vielerlei Weise sichtbar: weniger Komponenten,
weniger Platz, schnellere Konfiguration und Montage, beste Ersatzteil- und Serviceverfügbarkeit
rund um den Globus. „Wir können uns jetzt bei der
Weil das WAGO-I/O-SYSTEM Applikationen
in Standard- und in Ex-Bereichen mit dem
gleichen System anbinden kann, können sich
Svein Henriksen (links) und Øystein Johansen
(rechts) bei der Entwicklung ihrer Tankmanagementsysteme auf ihre Kernkompetenzen
konzentrieren.
Entwicklung viel mehr darauf konzentrieren, die
Funktionalität und Benutzerfreundlichkeit unserer
System zu verbessern“, sieht der Entwicklungsleiter nachhaltige Vorteile, die maßgeblich die Wettbewerbsfähigkeit seines Unternehmens fördern.
TEXT STIAN KARLSEN | WAGO
FOTO WAGO
KROHNE Marine
Krohne Marine zählt zu den weltweit führenden
Herstellern von Tanküberwachungssystemen auf
Schiffen. Ob Ballast-, Treibstoff- oder Frachttanks:
Die maßgeschneiderten Lösungen des norwegischen Unternehmens sind in allen Schiffstypen
installiert – vom kleinen Tankschiff bis hin zum
überaus anspruchsvollen Chemikalientransporter.
Fast 1000 solcher Systeme hat Krohne Marine,
mit Sitz in Brevik, seit seiner Firmengründung im
Jahr 1957 gefertigt. Ein Meilenstein der Unternehmensentwicklung aus Sicht der Digitalisierung war
1997 die Entwicklung des ersten auf elektrischen
Daten basierenden Niveaumessungssystems der
Welt für Schiffe.
51
Honorarfreie Wiederverwendung des
Inhalts mit Quellenangabe nach Genehmigung möglich.
Kontakt: Eva Banholzer.
Für unverlangt eingesendete Manuskripte und Fotos keine Haftung.
WAGOdirect process erscheint in
unregelmäßiger Folge.
WAGO Kontakttechnik GmbH & Co. KG
Postfach 2880 · 32385 Minden
Hansastraße 27 · 32423 Minden
[email protected]
www.wago.com
Zentrale Vertrieb Auftragsservice Fax 0571/ 887 - 0
0571/ 887 - 222
0571/ 887 - 44 333
0571/ 887 - 844 169
WAGO ist eine eingetragene Marke der WAGO Verwaltungsgesellschaft mbH.
„Copyright – WAGO Kontakttechnik GmbH & Co. KG – Alle Rechte vorbehalten. Inhalt und Struktur der WAGO-Websites, -Kataloge, -Videos und andere WAGO-Medien unterliegen dem
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Impressum
WAGOdirect process, September 2016
Redaktion Eva Banholzer
(verantwortlicher Redakteur)
Fon (0571) 887-44 418
Fax (0571) 887-8418

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